Težave pri toplotnem upravljanju akumulatorja za vozila z novo energijo
Čeprav je toplotno upravljanje baterij za nova energetska vozila doseglo določen razvoj, je treba rešiti tudi nekaj nujnih problemov, kot so nepopolna zasnova toplotnega upravljanja posameznih celic, potreba po optimizaciji strukture odvajanja toplote akumulatorskega sistema in nizka raven inteligence strategije krmiljenja sistema za upravljanje toplote. V ta namen je treba optimizirati toplotno zasnovo baterije, strukturo odvajanja toplote sistema in strategijo nadzora, da se doseže učinkovitejše toplotno upravljanje in zagotovi, da baterija deluje v optimalnem temperaturnem območju.
1. Nepopolna zasnova toplotnega upravljanja posameznih celic
Zasnova sistema toplotnega upravljanja pogonskih baterij za nova energetska vozila je ključnega pomena, vendar je še vedno nekaj težav, zlasti pri toplotnem upravljanju enoceličnih celic.
Prvič, obstaja problem nezadostne enakomernosti temperature pri načrtovanju toplotnega upravljanja posameznih celic. Ker je baterijski sklop sestavljen iz več posameznih celic, bodo te posamezne celice med postopkom polnjenja in praznjenja proizvajale toploto. Če toplote ni mogoče pravočasno in enakomerno razpršiti, bo to povzročilo dvig lokalne temperature baterije in nastanek vročih točk. Ta učinek vroče točke ne bo vplival samo na delovno učinkovitost baterije, ampak lahko tudi pospeši staranje baterije in celo povzroči nevarnosti za varnost. Hkrati bo zapletenost notranje zgradbe baterije in sprememba reže med posameznimi celicami povzročila neenakomerno porazdelitev toplote. Trenutna zasnova toplotnega upravljanja težko popolnoma reši to težavo, zlasti pri visoki obremenitvi ali ekstremnih okoljih.
Drugič, problem ujemanja hitrosti toplotnega odziva in toplotne zmogljivosti posameznih celic je prav tako velik izziv pri načrtovanju toplotnega upravljanja. Idealen sistem toplotnega upravljanja za pogonske baterije vozil z novo energijo bi se moral hitro odzvati na spremembe v toploti, ki jo proizvaja baterija, in imeti zadostno toplotno zmogljivost za absorbiranje ali sproščanje toplotne energije, da se zagotovi stabilnost temperature baterije. Ko pa napajalna baterija deluje v okolju s hitrim polnjenjem in praznjenjem, hitrim praznjenjem ali velikimi temperaturnimi nihanji, se sistem za upravljanje toplote pogosto težko hitro odzove in ga učinkovito upravlja. Zlasti kadar zasnova baterije zasleduje visoko energijsko gostoto, sta zmogljivost toplotnega odziva in konfiguracija toplotne zmogljivosti sistema za upravljanje toplote še posebej pomembna, vendar je pri obstoječih zasnovah težko najti popolno ravnovesje med lahkostjo in visoko učinkovitostjo. To lahko vpliva na življenjsko dobo in varnost napajalne baterije.
2. Strukturo odvajanja toplote akumulatorskega sistema je treba optimizirati
Pri toplotnem upravljanju električnih baterij novih energetskih vozil obstaja težava, da je treba optimizirati strukturo odvajanja toplote akumulatorskega sistema. Trenutno ima struktura odvajanja toplote sistema električnih baterij izzive pri soočanju z visokotemperaturnimi okolji ter hitrim polnjenjem in praznjenjem. V okolju z visoko temperaturo se zlahka poškoduje, prekomerna temperatura pa bo pospešila staranje baterije in zmanjšala njeno delovanje. Hkrati bo hitro polnjenje in praznjenje ustvarilo veliko toplote, tradicionalni sistemi za odvajanje toplote pa v tem primeru pogosto ne morejo učinkovito odvajati toplote, kar ima za posledico prehiter dvig temperature baterije. Poleg tega je struktura odvajanja toplote akumulatorskega sistema nezadostna v smislu učinka odvajanja toplote in enakomernosti odvajanja toplote baterijskih paketov velike zmogljivosti. Z razvojem novih energetskih vozil se zmogljivost akumulatorja še naprej povečuje, problem odvajanja toplote baterijskih paketov velike zmogljivosti pa postaja vse bolj izrazit. Tradicionalna struktura za odvajanje toplote pogosto ne more v celoti pokriti celotnega paketa baterij, kar ima za posledico previsoke temperature na nekaterih območjih in prenizke temperature na drugih področjih, kar ima za posledico neenakomerno odvajanje toplote. To neenakomerno odvajanje toplote bo povzročilo preveliko temperaturno razliko posameznih celic v paketu baterij, kar bo vplivalo na zmogljivost polnjenja in praznjenja baterije ter življenjsko dobo.
3. Nadzorna strategija sistema za upravljanje toplote je nizko inteligentna
Prvič, strategija nadzora ima določene omejitve. Trenutno sistem toplotnega upravljanja akumulatorja novih energetskih vozil v glavnem sprejema tradicionalno strategijo nadzora temperaturnega praga, to je sprožitev ukrepov za odvajanje toplote ali hlajenje z nastavitvijo statične zgornje in spodnje temperaturne meje. Vendar pa se ta strategija statičnega nadzora ne more popolnoma prilagoditi zahtevam glede toplotnega upravljanja akumulatorja v različnih delovnih pogojih in okoljskih pogojih. Na primer, v okolju z visoko temperaturo je lahko tradicionalna strategija nadzora temperaturnega praga preveč konzervativna, kar povzroči pogosto sprožitev ukrepov za odvajanje toplote, kar vpliva na učinkovitost izrabe energije baterije. V okolju z nizko temperaturo tradicionalna strategija nadzora morda ne bo mogla pravočasno zagnati ogrevalnih ukrepov, kar vpliva na delovanje in življenjsko dobo baterije.
Drugič, stopnja inteligence pri obdelavi podatkov in odločanju je omejena. Čeprav nekateri sistemi za termično upravljanje električnih baterij uporabljajo senzorje in krmilne enote za spremljanje in prilagajanje podatkov, še vedno obstajajo omejitve pri obdelavi podatkov in sprejemanju odločitev. V sistemih za upravljanje toplote so na primer za kompleksne toplotne značilnosti akumulatorja in okoljske razmere, kot so porazdelitev notranje temperature akumulatorja, stopnja polnjenja, temperatura okolice itd., zmogljivosti obdelave podatkov obstoječih sistemov omejene in je nemogoče v celoti rudariti in uporabi te podatke za optimizacijo strategij toplotnega upravljanja. Poleg tega so zmožnosti odločanja obstoječih sistemov za toplotno upravljanje razmeroma omejene in jih ni mogoče celovito optimizirati na podlagi več parametrov in pogojev, kar ima za posledico omejeno natančnost in prilagodljivost nadzornih strategij.