Način toplotnega upravljanja čisto električnih vozil:
Potopno hlajenje baterije
Pri novih aplikacijah elektrifikacije vozil je pomembno, da električne komponente hladimo in segrevamo, da jih vzdržujemo na optimalni delovni temperaturi, saj to zagotavlja njihovo dolgo življenjsko dobo in zmogljivost. Zato je nujen ustrezen sistem toplotnega upravljanja. Z drugimi besedami, potrebno je oblikovati ustrezen sistem toplotnega upravljanja posebej za uporabljene komponente elektrifikacije.
Če je delovna temperatura akumulatorja previsoka, lahko pride do izgube kapacitete akumulatorja in v skrajnih primerih do toplotnega uhajanja. Če je delovna temperatura baterije prenizka, lahko povzroči zmanjšano učinkovitost baterije, povečan upor, zmanjšano kapaciteto baterije in nastanek litijevih dendritov (plast litijeve prevleke). Plast litijeve prevleke bo povzročila pospešeno staranje in odpoved jedra baterije.
Cilj toplotnega upravljanja je zagotoviti, da je sistem na optimalni delovni in varni temperaturi. Da bi zadeve še dodatno zapletli, se lahko optimalna temperatura akumulatorskega sistema spreminja glede na način delovanja. Optimalna temperatura pri hitrem polnjenju se lahko razlikuje od optimalne temperature med vožnjo ali parkiranjem (parkiranje).
Trenutno uporabljeni sistemi za termično upravljanje baterij vključujejo predvsem zračno hlajenje, posredno hlajenje s tekočino, neposredno hlajenje s tekočino (imenovano tudi potopno hlajenje) in materiale za spreminjanje faz.
Opis različnih hladilnih sistemov
Zračno hlajeni sistemi se najpogosteje uporabljajo, ker so enostavni za načrtovanje, stroškovno učinkoviti in nimajo težav z uhajanjem. Zračno hlajenje delimo na aktivno s prisilno konvekcijo in pasivno z naravno konvekcijo. Zrak ima majhno toplotno kapaciteto in nizko toplotno prevodnost v primerjavi z mediji, kot so tekočine, zato je malo verjetno, da bo zračno hlajenje izbrana tehnologija za naslednjo generacijo električnih vozil z večjimi paketi baterij in hitrejšim polnjenjem.
Tekočinsko hlajenje lahko razdelimo na dva načina: posredno in neposredno. Hladilno sredstvo ima večjo toplotno kapaciteto in večjo toplotno prevodnost kot zrak. Posredno tekočinsko hlajenje je trenutno ena najpogostejših rešitev za toplotno upravljanje baterije zaradi uravnoteženega nadzora temperature. Najpogosteje uporabljena hladilna tekočina je mešanica vode in etilenglikola. Načelo posrednega hlajenja je omogočiti pretok hladilne tekočine skozi kanale na dnu ali ob strani modula celica/baterija za prenos toplote stran od sistema.
Hlajenje je mogoče izboljšati z uporabo posebnih toplotnih vmesnikov (TIM). Pomanjkljivost posrednega tekočinskega hlajenja v primerjavi z zračnim je kompleksnost sistema. Več delov in kanalov/cevi lahko povzroči več okvar, dodatno težo in težave s puščanjem.
Druga nastajajoča hladilna tehnologija je neposredno tekočinsko hlajenje, imenovano tudi potopno hlajenje, ki popolnoma potopi baterijo v dielektrično tekočino. To je neprevodna tekočina z visoko odpornostjo na električni preboj. Uvedba te tehnologije pomeni, da je mogoče močno zmanjšati zapletenost baterijskega procesa in zasnove komponent, kar pripomore tudi k zmanjšanju teže in prostornine sistema ter znatno izboljša stabilnost in uravnoteženost nadzora temperature baterije. Potopno hlajenje lahko po potrebi ogreje ali ohladi baterijo brez uporabe toplotnega izmenjevalnika, kar povzroči znatno izboljšanje učinkovitosti.
Lastnosti hladilne tekočine igrajo pomembno vlogo pri upravljanju toplote in morajo izpolnjevati naslednje zahteve:
Dobra električna izolacija
Visoka specifična toplotna kapaciteta in visoka toplotna prevodnost
Nevnetljivo in/ali visoko plamenišče
Enostaven za proizvodnjo in na voljo v velikih količinah
Ima primerno delovno temperaturno območje
Tekočine imajo dolg rok trajanja
Poleg zgornjih zahtev je treba pri izbiri ustrezne potopne hladilne tekočine upoštevati tudi združljivost materiala, nizko gostoto, nizko viskoznost in prijaznost do okolja.
