Mfumo wa Usimamizi wa joto ni nini?

Mfumo wa Usimamizi wa joto ni nini?

Udhibiti wa halijoto ya betri, kulingana na athari ya halijoto kwenye utendakazi wa betri, pamoja na sifa za kielektroniki za betri na mifumo ya kuzalisha joto, na iliyokitwa katika kiwango bora cha chaji/kutokwa joto la betri mahususi, ni teknolojia inayoshughulikia utengano wa joto au kukimbia kwa joto kunakosababishwa na halijoto ya juu au ya chini kupita kiasi wakati wa uendeshaji wa betri. Hii inafanikiwa kupitia muundo wa busara na inategemea sayansi ya nyenzo, kemia ya umeme, uhamishaji wa joto, mienendo ya molekuli, na taaluma zingine. Kudumisha anuwai ya halijoto ya kufanya kazi ni muhimu kwa pakiti ya betri ili kudumisha utendakazi mzuri. Kwa hivyo, kubuni mpango unaofaa wa udhibiti wa halijoto kwa pakiti za betri za lithiamu-ioni ni muhimu sana kwa kuboresha utendaji wa jumla wa mfumo wa betri.

Pakiti ya betri ya mfumo wa usimamizi wa mafuta ina kazi kuu tano zifuatazo: ① kipimo sahihi na ufuatiliaji wa joto la betri; ② ufanisi wa kusambaza joto na uingizaji hewa wakati joto la pakiti ya betri ni kubwa mno; ③ inapokanzwa haraka chini ya-hali ya joto la chini; ④ uingizaji hewa mzuri wakati gesi hatari zinapozalishwa; na ⑤ kuhakikisha usambazaji sawa wa halijoto ndani ya pakiti ya betri.

Mfumo wa udhibiti wa halijoto-ya hali ya juu wa betri unahitaji mbinu ya usanifu iliyopangwa. Hivi sasa, mbinu nyingi za kubuni za mifumo ya usimamizi wa joto zipo. Mfumo unaotumika sana ni mfumo wa usimamizi wa mafuta ya pakiti ya betri iliyoundwa na Maabara ya Kitaifa ya Nishati Mbadala (NREL) nchini Marekani, ambayo mchakato wake wa kubuni unajumuisha hatua saba:

1) Bainisha-kalori na mahitaji ya mfumo wa udhibiti wa halijoto. Kulingana na sifa za halijoto ya betri na anuwai ya halijoto ya uendeshaji inayofaa, bainisha kiwango cha udhibiti binafsi-wa mfumo wa udhibiti wa halijoto. Kwa mfano, halijoto inayofaa ya kufanya kazi kwa betri za umeme za lithiamu-ni digrii 10~40 , yenye kikomo cha joto cha chini- cha digrii 0 na{10}}kikomo cha juu cha halijoto cha digrii 45 . Kwa hiyo, muundo wa mfumo wa usimamizi wa joto unapaswa, wakati unakutana na joto kali la uendeshaji wa betri, ujitahidi kukidhi mahitaji ya joto ya uendeshaji ya betri.

2) Pima au ukadiria uzalishaji wa joto wa moduli na uwezo wa joto. Kupitia chaji ya betri-majaribio ya kutoweka na mahesabu ya uigaji kulingana na uwezo mahususi wa joto wa betri, bainisha uwezo wa kuhamishwa kwa joto au nguvu ya kuongeza joto.

3) Tathmini ya awali ya mfumo wa usimamizi wa joto, ikiwa ni pamoja na kuchagua kati ya uhamisho wa joto na kubuni muundo wa uharibifu wa joto. Kwa ujumla, kupozwa kwa betri kunapatikana kwa kupoeza hewa au kupoeza kioevu. Mifumo ya kupoeza hewa ni rahisi kiasi katika muundo lakini haifai; mifumo ya kupoeza kioevu ni ngumu katika muundo lakini ina ufanisi mkubwa. Pia kuna aina tofauti za mbinu za kuongeza joto, kama vile kupokanzwa hewa moto inayozunguka, inapokanzwa mtiririko wa kioevu, na joto la mionzi ya moja kwa moja kutoka kwa chanzo cha joto.

4) Tabiri tabia ya joto ya moduli na pakiti ya betri. Kulingana na hali ya uendeshaji ya kifurushi cha betri, tabiri na utathmini mahitaji ya upunguzaji joto na kupasha joto wakati wa kutumia.

5) Muundo wa awali wa mfumo wa usimamizi wa joto. Kulingana na kati ya joto iliyoamuliwa na matokeo ya tathmini ya tabia ya joto, fanya kanuni na muundo wa uhandisi wa mfumo wa usimamizi wa joto.

6) Kubuni na kupima mfumo wa usimamizi wa joto. Toa mifumo-ya chini au kamili{3}}ya betri ya kiwango cha juu na mfumo wa udhibiti wa halijoto ya betri, na uthibitishe ufanisi wa mfumo wa udhibiti wa halijoto chini ya hali halisi ya uendeshaji iliyoiga kwenye benchi ya majaribio.

7) Kuboresha mfumo wa usimamizi wa joto. Boresha na uboresha mfumo wa usimamizi wa joto kulingana na matokeo ya majaribio.

Betri sio conductors nzuri za joto. Kujua tu usambazaji wa joto la uso haitoshi kuelewa kikamilifu hali ya ndani ya joto ya betri. Kuhesabu uga wa halijoto ya ndani kwa kutumia miundo ya hisabati na kutabiri tabia ya joto ya betri ni hatua ya lazima katika kubuni mifumo ya udhibiti wa halijoto ya betri. Kwa sasa, miundo kuu ya hisabati inajumuisha-miundo miwili-ya mwelekeo na{4}}tatu. Miongoni mwa hizi,-muundo wa pande tatu, kutokana na usahihi wake bora na uwezo wa kubadilika, umetumika sana katika mifumo mingi ya udhibiti wa nishati ya betri. Mfano ni kama ifuatavyo:

Battery Thermal Field Calculation and Temperature Prediction

Ambapo T ni joto;

ρ ni msongamano wa wastani;

c_p ni uwezo maalum wa joto wa betri;

λ_x, λ_y, λ_z ni conductivity ya mafuta ya betri katika maelekezo ya x, y, na z, kwa mtiririko huo;

q ni kiwango cha uzalishaji wa joto kwa ujazo wa kitengo.

Tofauti za halijoto kati ya moduli tofauti za betri ndani ya kisanduku cha betri huongeza hali ya kutopatana kwa uwezo wa ndani wa betri na uwezo wake. Baada ya muda, hii inaweza kusababisha kuchaji zaidi au zaidi-kutoweka kwa baadhi ya betri, kuathiri maisha na utendakazi wao, na kuleta hatari za usalama. Tofauti za halijoto kati ya moduli za betri ndani ya kisanduku cha betri zinahusiana kwa karibu na mpangilio wa pakiti ya betri. Kwa ujumla, betri zilizo katikati huwa na mkusanyiko wa joto, ilhali zile zilizo kwenye kingo huwa na utaftaji bora wa joto. Kwa hivyo, wakati wa kuunda muundo wa pakiti ya betri na utaftaji wa joto, ni muhimu kuhakikisha utaftaji wa joto sawa. Kuchukua baridi ya hewa kama mfano, kwa ujumla kuna njia mbili za uingizaji hewa: mfululizo na sambamba, ili kuhakikisha utengano wa joto sawa. Muundo wa mtiririko wa hewa lazima uzingatie kanuni za msingi za mechanics ya maji na aerodynamics.

Wakati wa kuunda mfumo wa usimamizi wa joto wa betri, aina na nguvu ya shabiki, idadi ya sensorer za joto, na eneo la pointi za kipimo lazima zichaguliwe kwa uangalifu.

Kuchukua upoeshaji hewa kama mfano, wakati wa kubuni mfumo wa kupoeza, huku ukihakikisha athari fulani ya kupoeza, upinzani wa mtiririko unapaswa kupunguzwa ili kupunguza kelele za shabiki na matumizi ya nguvu, na hivyo kuboresha ufanisi wa mfumo kwa ujumla. Matumizi ya nishati ya feni yanaweza kukadiriwa kwa kukadiria kushuka kwa shinikizo na kasi ya mtiririko kwa kutumia mbinu za majaribio, za kinadharia na mienendo ya maji (CFD). Wakati upinzani wa mtiririko ni mdogo, mashabiki wa mtiririko wa axial wanaweza kuzingatiwa; wakati upinzani wa mtiririko ni wa juu, mashabiki wa centrifugal wanafaa zaidi. Bila shaka, nafasi iliyochukuliwa na shabiki na gharama yake lazima pia izingatiwe. Kupata mkakati bora wa kudhibiti feni pia ni moja ya kazi za mfumo wa usimamizi wa joto.

Schematic diagram of temperature measurement points in the battery box

Usambazaji wa joto wa pakiti ya betri ndani ya sanduku la betri kwa ujumla haufanani, kwa hiyo, ni muhimu kujua usambazaji wa uwanja wa joto wa pakiti ya betri chini ya hali tofauti ili kuamua pointi muhimu za joto. Sensorer zaidi za joto hutoa kipimo cha kina zaidi cha joto, lakini huongeza gharama ya mfumo na utata. Kulingana na muktadha mahususi wa uhandisi, kinadharia, uchanganuzi wa vipengele vyenye ukomo, picha ya infrared ya halijoto katika majaribio, au ufuatiliaji wa halijoto-wa wakati mwingi{3}}unaweza kutumika kuchanganua na kupima usambazaji wa sehemu ya joto ya pakiti ya betri, moduli za betri na seli mahususi, kubainisha idadi ya pointi za kupima halijoto na kutafuta pointi zinazofaa katika maeneo tofauti. Muundo wa jumla unapaswa kuhakikisha kuwa vitambuzi vya halijoto havikabiliwi na mtiririko wa hewa baridi ili kuboresha usahihi na uthabiti wa vipimo vya joto. Wakati wa kuunda betri, nafasi inapaswa kuhifadhiwa kwa sensorer za joto; kwa mfano, fursa zinazofaa zinaweza kutengenezwa katika maeneo yanayofaa. Pakiti ya betri ya gari la umeme la mseto la Toyota Prius ina seli 228 za kibinafsi, na ufuatiliaji wa hali ya joto unafanywa na vihisi joto 5. Mfumo wa betri ya nguvu ya basi ya umeme iliyoundwa na Taasisi ya Teknolojia ya Beijing hutumia alama 6 za kipimo cha joto kwa kila kisanduku (tazama eneo lililozungushwa kwenye Mchoro 8-16a), iliyopangwa kwenye vituo chanya na hasi na sehemu za pato la laini ya kisanduku cha betri, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8-16.

Kulingana na njia ya uhamishaji joto, upoaji wa mifumo ya usimamizi wa mafuta ya pakiti ya betri inaweza kugawanywa katika aina tatu: kupoeza hewa, kupoeza kioevu, na kupoeza kwa nyenzo za mabadiliko ya awamu. Kwa kuzingatia utafiti wa nyenzo na maendeleo na gharama za utengenezaji, mfumo bora zaidi na unaotumika sana wa utaftaji wa joto kwa sasa unatumia hewa kama njia ya kusambaza joto.

Kulingana na muundo wa mtiririko wa hewa wa kusambaza joto, mifumo ya kupoeza hewa inaweza kugawanywa zaidi katika aina mbili: uingizaji hewa wa mfululizo na uingizaji hewa sambamba, kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 8-17 na 8-18, kwa mtiririko huo.

Katika usanidi wa mfululizo, hewa kwa kawaida hutiririka kutoka upande mmoja wa pakiti ya betri hadi nyingine ili kuondoa joto. Hata hivyo, mtiririko huu wa hewa hubeba joto kutoka kwa maeneo ambayo hupitia mapema hadi maeneo ambayo hupitia baadaye, na kusababisha halijoto isiyolingana na tofauti kubwa za joto. Katika usanidi sambamba, mtiririko wa hewa kati ya moduli huinuka kwa wima, kusambaza hewa kwa usawa zaidi na kuhakikisha utengano wa joto thabiti katika pakiti ya betri.

Mifumo ya udhibiti wa halijoto inaweza kuainishwa katika mifumo tulivu na inayofanya kazi kulingana na ikiwa ina vifaa vya kuongeza joto ndani au vya kupoeza. Mifumo ya passiv ni ya gharama nafuu na inahitaji miundombinu rahisi; mifumo inayofanya kazi ni ngumu zaidi na inahitaji nguvu kubwa zaidi, lakini hutoa utendakazi bora.

Kielelezo 8-19, 8-20, na 8-21 kinaonyesha michoro ya kimkakati ya miundo ya kupokanzwa hewa inayofanya kazi na tulivu na utaftaji wa joto, mtawalia.

Thermal Management System Design and Implementation

Katika Mchoro 8-19 na 8-20, ingawa hewa imepozwa na kuwashwa na hali ya hewa ya gari au mfumo wa joto, bado inachukuliwa kuwa mfumo wa passiv. Kwa mfumo huu wa passiv, kutokana na kutofautiana kwa hali ya joto ya hewa iliyoko iliyoletwa, hewa iliyoko lazima ifanye kazi ndani ya kiwango fulani cha joto (digrii 10 ~ 35) kwa usimamizi sahihi wa joto. Kufanya kazi chini ya hali ya baridi kali au joto kali kunaweza kusababisha kutofautiana zaidi katika pakiti ya betri.

Katika mifumo ya kupokanzwa, kando na kuingiza hewa moto kwenye pakiti ya betri, njia zingine zinaweza kutumika, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8-22~8-25 (kwa betri za prismatic).

Other heating methods