Batteri termisk styring
Hvorfor flydende kolde plader er afgørende for EV-batterikøling
Lithium-ion-batterier har ændret den måde, vi opbevarer og bruger energi på. Fra elektriske køretøjer og energilagringssystemer til industrielt udstyr og hurtige-opladningsapplikationer forventes batterier nu at levere højere effekt, længere driftstid og hurtigere opladningshastigheder.
Højere energitæthed medfører dog en betydelig teknisk udfordring: varme.
Hver batteripakke genererer varme under drift. Opladning skaber varme. Udledning skaber varme. Applikationer med høj-effekt, især hurtig opladning og høj strømafladning, kan øge varmeudviklingen endnu mere.
Udfordringen er ikke blot at fjerne varme fra batteripakken. Den virkelige udfordring er at holde hver battericelle inden for et stabilt temperaturområde og samtidig minimere temperaturforskelle mellem cellerne.
Det er hertermisk batteristyringbliver væsentlig.
Et effektivt termisk styringssystem hjælper med at forbedre batteriets ydeevne, forlænge levetiden, opretholde opladningseffektiviteten og reducere sikkerhedsrisici. Til moderneEV batterierog energilagringssystemer,væskekøling med flydende aluminiums kolde pladerer blevet en af de mest pålidelige løsninger.
Hvorfor batteri termisk styring betyder noget
Lithium-ion-batterier er meget følsomme over for temperatur.
De fleste lithium-ionceller fungerer mest effektivt inden for et relativt snævert temperaturområde, typisk omkring 15 grader til 35 grader. Når batteritemperaturen bevæger sig uden for dette område, begynder den elektrokemiske ydeevne at falde.
Et batteri termisk styringssystem (BTMS) er designet til at styre varmeudvikling, varmefjernelse og temperaturfordeling i hele batteripakken.
Et vel-designet termisk styringssystem skal nå tre hovedmål:
***Oprethold celler inden for det optimale driftstemperaturområde
***Reducer temperaturforskelle mellem individuelle celler
***Forebyg overophedning under høj-drift
Dette er især vigtigt, da batterisystemer bliver mere kraftfulde.
For eksempel kan en batteripakke til et elektrisk køretøj indeholde hundredvis eller endda tusindvis af individuelle celler. Hvis nogle celler fungerer væsentligt varmere end andre, kan hele batteripakken lide under ujævn aldring.
De varmeste celler bestemmer normalt den samlede begrænsning af pakken.
Med andre ord er en batteripakke kun så stærk som dens svageste termiske punkt.
Hvad sker der, når batterierne bliver for varme?
Varme er en af de største faktorer, der påvirker lithium-ion-batteriets ydeevne og levetid.
Når batteritemperaturen stiger for meget, kan der opstå flere problemer.
1. Hurtigere batterinedbrydning
Høje temperaturer fremskynder uønskede kemiske reaktioner inde i lithium-ionceller.
Over tid kan dette føre til:
>>>Reduceret batterikapacitet
>>>Øget indre modstand
>>>Kortere cyklus levetid
>>>Lavere opladningseffektivitet
Et batteri, der kører kontinuerligt ved høje temperaturer, kan miste ydeevnen meget hurtigere sammenlignet med et batteri, der holdes under kontrollerede termiske forhold.
2. Øgede sikkerhedsrisici
Ekstrem overophedning kan skabe farlige forhold inde i lithium-ionceller.
Når de interne temperaturer stiger ud over sikre grænser, kan batterimaterialerne blive ustabile. I svære situationer kan dette udløse termisk flugt, hvor varmegenerering bliver selv-bærende og spredes fra en celle til en anden.
Dette er grunden til at forebyggelse af overdreven varmeakkumulering er et grundlæggende krav i EV- og energilagringsbatteridesign.
3. Reduceret opladningsydelse
Hurtig opladning lægger betydelig termisk belastning på batterier.
Under høj-strømopladning bevæger lithiumioner sig hurtigt mellem elektroderne. Hvis varmen ikke kan fjernes effektivt, skal opladningshastigheden muligvis reduceres for at beskytte batteriets sundhed.
Dette skaber en direkte konflikt:
Kunder ønsker hurtigere opladning.
Batteriingeniører har brug for bedre varmestyring.
Effektiv termisk styring hjælper med at løse denne udfordring ved at fjerne varme hurtigt og samtidig opretholde stabile celletemperaturer.
Hvorfor temperaturensartethed er lige så vigtigt
Mange mennesker tror, at batterikøling kun handler om at sænke temperaturen.
Temperaturens ensartethed er dog lige så vigtig.
En batteripakke kan indeholde hundredvis af celler forbundet med hinanden. Hvis et område af pakken fungerer varmere end et andet område, vil disse celler ældes anderledes.
For eksempel:
Varmere celler nedbrydes hurtigere
Kølere celler opretholder bedre ydeevne
Det overordnede batteristyringssystem skal begrænse driften baseret på de svageste celler
Derfor er målet med batteri termisk styring ikke blot:
"Gør batteriet køligere."
Det egentlige mål er:
"Hold hver celle i drift ved en lignende og optimal temperatur."
Dette er en af grundeneflydende kølesystemerer blevet mere og mere almindelige i moderne batteripakker.
Luftkøling vs væskekøling til batteripakker
Tidlige elektriske køretøjer og batterisystemer med lav-strøm brugte ofte luftkøling, fordi det var enkelt, let og billigt.
Men efterhånden som batteriets energitæthed og opladningshastighed steg, begyndte traditionel luftkøling at vise begrænsninger.
Begrænsninger af luftkøling
Luft har relativt lav varmeledningsevne sammenlignet med flydende kølevæske.
Selv med ventilatorer og luftstrømskanaler bliver det vanskeligt at fjerne store mængder varme fra tætpakkede batterimoduler.
Fælles udfordringer omfatter:
Ujævn afkøling mellem celler
Begrænset kølekapacitet
Større pladsbehov
Højere støj fra fans
Svært ved at understøtte hurtig opladning
Til applikationer med lav-effekt kan luftkøling stadig være velegnet.
Men forhøjtydende EV-batterierog energilagringssystemer kræves stærkere køleevne.
Hvorfor flydende køling er blevet den foretrukne løsning
Væskekølingbruger en kølevæske, almindeligvis en vand-glykolblanding, til at overføre varme væk fra battericeller.
Sammenlignet med luft har flydende kølevæske:
***Højere varmekapacitet
***Bedre varmeledningsevne
*** Mere effektiv varmeoverførselsevne
A væskekøleplade til batteripakkerinstalleret under eller ved siden af batterimoduler giver en direkte varmeoverførselsvej.
Battericelle
↓
Termisk grænseflademateriale (TIM)
↓
↓
Kølevæske kanal
↓
Eksternt kølesystem
Dette design gør det muligt at fjerne varme mere effektivt, samtidig med at der opretholdes en bedre ensartet temperatur på tværs af batteripakken.
Til moderne EV-batterier, energilagringssystemer og applikationer med høj-effekt,væskekølinger blevet den foretrukne termiske styringstilgang.
