ระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ (BTMS)
ระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ (BTMS) เป็นหนึ่งในระบบหลักของรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของรถยนต์ทั้งคัน
I. เหตุใดแบตเตอรี่จึงต้องมีการจัดการระบายความร้อน
แบตเตอรี่ให้พลังงาน โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียม-จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงานอย่างมากในด้านประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความปลอดภัย
ช่วงการทำงานที่เหมาะสมที่สุด
ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแบตเตอรี่โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 15 องศาถึง 40 องศา โดยช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมจะอยู่ที่ประมาณ 20 องศาถึง 35 องศา
อันตรายจากอุณหภูมิสูง
อุณหภูมิที่สูงเกินไป (เช่น เกิน 60 องศา ) จะเร่งให้ความจุของแบตเตอรี่เสื่อมลง เพิ่มความต้านทานภายใน และในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดความร้อนหนีออกไป ส่งผลให้เกิดเพลิงไหม้และการระเบิด
อันตรายจากอุณหภูมิต่ำ
อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปจะช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้ความจุและกำลังไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ปัญหาในการชาร์จ และอาจเกิดการสะสมของลิเธียม ซึ่งทำให้แบตเตอรี่เสียหาย
อันตรายจากความแตกต่างของอุณหภูมิ
การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ (ความแตกต่างของอุณหภูมิมากเกินไป) ระหว่างเซลล์หรือโมดูลภายในชุดแบตเตอรี่ทำให้เกิดประสิทธิภาพที่ไม่สอดคล้องกัน เร่งอายุของแบตเตอรี่ทั้งหมด และจำกัดความจุในการใช้งาน
ดังนั้น ระบบการจัดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพจึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อรักษาอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้อยู่ภายในหน้าต่างที่เหมาะสมที่สุด และลดความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดภายในชุดแบตเตอรี่ให้เหลือน้อยที่สุด (ควรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 3 องศา)
ครั้งที่สอง ระบบระบายความร้อนทำงานอย่างไร
ระบบการจัดการความร้อนของเหลวใช้สารหล่อเย็นหมุนเวียนเป็นสื่อกลางในการกระจายความร้อนหรือให้ความร้อนแก่แบตเตอรี่
ฟังก์ชั่นการทำความเย็น
การดูดซับความร้อน: ขับเคลื่อนด้วยปั๊มไฟฟ้า สารหล่อเย็นจะไหลผ่านแผ่นทำความเย็นของเหลวภายในชุดแบตเตอรี่ (โดยปกติจะสัมผัสกับโมดูลแบตเตอรี่) เพื่อดูดซับความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่
การกระจายความร้อน: สารหล่อเย็นอุณหภูมิสูง-ซึ่งดูดซับความร้อนไว้ จะถูกปั๊มไปที่หม้อน้ำด้านหน้า (ระบายความร้อนด้วยอากาศ{{1}) หรือแลกเปลี่ยนความร้อนกับระบบปรับอากาศของยานพาหนะ (ผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ Chillery) โดยกระจายความร้อนออกสู่อากาศภายนอก
การไหลเวียน: สารหล่อเย็นที่ระบายความร้อนจะไหลกลับเข้าไปในชุดแบตเตอรี่ โดยเริ่มต้นรอบถัดไป
ฟังก์ชั่นการทำความร้อน
เมื่ออุณหภูมิแบตเตอรี่ต่ำเกินไป ระบบสามารถให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็นโดยใช้เครื่องทำความร้อน PTC (เทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก)
สารหล่อเย็นที่อุ่นจะไหลผ่านแผ่นทำความเย็นเหลว ทำหน้าที่เหมือน "ขวดน้ำร้อน" เพื่อให้ความร้อนแก่แบตเตอรี่
ระบบขั้นสูงบางระบบยังสามารถใช้ความร้อนเหลือทิ้งที่เกิดจากระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า โดยนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเพื่อให้ความร้อนจากแบตเตอรี่ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
III. ส่วนประกอบสำคัญของระบบ
ระบบการจัดการความร้อนของเหลวทั่วไปส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:
แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว: องค์ประกอบการแลกเปลี่ยนความร้อนหลักที่สัมผัสโดยตรงกับโมดูลแบตเตอรี่ โดยทั่วไปทำจากอลูมิเนียมที่มีการออกแบบช่องการไหลภายใน การออกแบบจะต้องสร้างสมดุลระหว่างกำลังการกระจายความร้อน ความน่าเชื่อถือ และน้ำหนักเบา
สารหล่อเย็น: ต้องการการนำความร้อนสูง ฉนวน (เพื่อป้องกันการลัดวงจร) ความหนืดต่ำ ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง และความเข้ากันได้ของวัสดุที่ดี โดยทั่วไปจะใช้น้ำผสมเอทิลีนไกลคอล- (อัตราส่วนจะถูกปรับตามข้อกำหนดสารป้องกันการแข็งตัว) แม้ว่าบางครั้งจะใช้แอลกอฮอล์อินทรีย์บริสุทธิ์และของเหลวอิเล็กทริกอื่นๆ ก็ตาม
ปั๊มไฟฟ้า: ให้พลังงานหมุนเวียนน้ำหล่อเย็น ความเร็วของมันมักจะสามารถปรับได้เพื่อให้บรรลุ-อุปทานตามความต้องการและลดการใช้พลังงาน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน(Chiller): ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อมต่อวงจรน้ำหล่อเย็นและวงจรทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศใช้เพื่อเพิ่มความเย็น
หม้อน้ำ: ตั้งอยู่บริเวณด้านหน้ารถ โดยจะกระจายความร้อนจากสารหล่อเย็นผ่านกระแสลม
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น: ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างวงจรต่างๆ เช่น การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่
เครื่องทำความร้อน PTC: อุปกรณ์ที่ให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็นเมื่อจำเป็นต้องทำความร้อน
ตัววาล์ว (เช่น วาล์วสามทาง- วาล์วโซลินอยด์): ควบคุมทิศทางการไหลของน้ำหล่อเย็น ทำให้สามารถสลับระหว่างโหมดต่างๆ ได้ (เช่น สลับระหว่างโหมดทำความเย็นและโหมดทำความร้อน หรือระหว่างแหล่งความร้อนที่แตกต่างกัน)
อ่างเก็บน้ำ: ชดเชยการขยายตัวและการหดตัวของน้ำหล่อเย็นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และอำนวยความสะดวกในการเติมและการไล่ลม
เซ็นเซอร์และชุดควบคุม: เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะตรวจสอบแบตเตอรี่และอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นแบบเรียลไทม์ ตัวควบคุมการจัดการความร้อนของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) คือสมองที่ควบคุมการทำงานของแอคทูเอเตอร์ เช่น ปั๊ม เครื่องทำความร้อน PTC วาล์ว และคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศอย่างชาญฉลาด โดยอิงตามสัญญาณอุณหภูมิและสถานะของยานพาหนะโดยใช้อัลกอริธึม