ประเภทของระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่

ประเภทของระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่

วิธีการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันเกี่ยวข้องกับจำนวนชิ้นส่วน โครงสร้าง และเค้าโครงที่แตกต่างกัน ระบบการจัดการระบายความร้อนประเภทต่างๆ จะถูกเลือกโดยพิจารณาจากต้นทุนการพัฒนายานพาหนะ น้ำหนักของยานพาหนะ และความต้องการพื้นที่ในการจัดวาง เส้นทางทางเทคนิคหลักมีห้าประเภทดังต่อไปนี้:

1. ประเภทระบายความร้อนโดยตรง

เรียกว่าเทคโนโลยีระบายความร้อนโดยตรงด้วยแบตเตอรี่ ระบบระบายความร้อนโดยตรงคือเครื่องระเหยทำความเย็นในตัวภายในแบตเตอรี่ ซึ่งเชื่อมต่อกับระบบปรับอากาศผ่านท่อ เมื่อแบตเตอรี่จำเป็นต้องระบายความร้อน คอมเพรสเซอร์จะใช้เพื่อส่งสารทำความเย็นที่ถูกบีบอัดไปยังเครื่องระเหยภายในแบตเตอรี่ จากนั้นนำความร้อนภายในแบตเตอรี่ออกไปเพื่อให้เกิดความเย็น ระบบมีข้อดีคือ โครงสร้างกะทัดรัด ระบายความร้อนได้ดี ชิ้นส่วนจำนวนน้อย (ต้องใช้ท่อทำความเย็นทางเข้าและทางออกเพียง 1 ท่อ) น้ำหนักเบา เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของระบบนี้คือไม่สามารถให้ความร้อนแบตเตอรี่ภายใต้ สภาพอุณหภูมิต่ำต่ำกว่าศูนย์ น้ำควบแน่นที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการทำความเย็นไม่ได้รับการป้องกัน และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของสารทำความเย็นนั้นควบคุมได้ยาก ระบบทำความเย็นมีอายุการใช้งานสั้นและมีความน่าเชื่อถือต่ำ และบ่อยครั้งที่สารทำความเย็นรั่ว ความจุในการทำความเย็นไม่เพียงพอ และเกิดข้อผิดพลาดอื่นๆ นี่คือเทคโนโลยีระบายความร้อนแบตเตอรี่ล่าสุดซึ่งมีอายุการใช้งานค่อนข้างต่ำ ได้ถูกนำไปใช้ในรถยนต์รุ่นที่ผลิตจำนวนมาก เช่น BYD และ Tesla ในตลาด เป็นเส้นทางทางเทคนิคที่สำคัญในอนาคต ดังแสดงในรูปที่ 1

2. หม้อน้ำชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ

วงจรระบายความร้อนหม้อน้ำเป็นวงจรอิสระซึ่งประกอบด้วยหม้อน้ำ ปั๊มน้ำอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องทำความร้อน ฯลฯ โดยมีสารป้องกันการแข็งตัวเป็นตัวกลาง สารป้องกันการแข็งตัวจะออกมาจากหม้อน้ำ ผ่านเครื่องทำความร้อนไปยังแบตเตอรี่ และสุดท้ายก็กลับสู่หม้อน้ำ วิธีการหมุนเวียนนี้ใช้เพื่อทำให้แบตเตอรี่เย็นลงและให้ความร้อน ระบบนี้มีข้อดีคือ โครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และการประหยัดพลังงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำตลอดกาล อย่างไรก็ตาม ระบบมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนต่ำ และอุณหภูมิของน้ำจะสูงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงในฤดูร้อน ซึ่งไม่สามารถตอบสนองสภาวะการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้ ดังแสดงในรูปที่ 2

3. ประเภทระบายความร้อนโดยตรงและระบายความร้อนด้วยน้ำ

ระบบนี้ถูกรวมเข้าด้วยกันบนพื้นฐานของการทำความเย็นโดยตรงและการระบายความร้อนด้วยน้ำ และเชื่อมโยงระบบปรับอากาศและระบบระบายความร้อนด้วยน้ำผ่านเครื่องทำความเย็นแบตเตอรี่ Chiller (หรือที่เรียกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ระบบนี้หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของวิธีการทำความเย็นสองวิธีแรก และเป็นหนึ่งในระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ที่ใช้กันมากที่สุด ระบบมีส่วนประกอบมากกว่าสองชิ้นแรก ระบบมีความซับซ้อนมากขึ้น และพื้นที่เค้าโครงส่วนประกอบที่ต้องการมีขนาดค่อนข้างใหญ่ โหลดของคอมเพรสเซอร์มีมากในระหว่างการใช้งาน ซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานมากสำหรับทั้งคันและมีการประหยัดที่ต่ำ นอกจากนี้ เมื่อระบบปรับอากาศทำงานล้มเหลวบางส่วน ความต้องการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ก็ไม่สามารถตอบสนองได้เต็มที่ ดังแสดงในรูปที่ 3

4. ประเภทไฮบริดระบายความร้อนด้วยน้ำ

ระบบนี้ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำระบายความร้อนโดยตรง และเพิ่มระบบระบายความร้อนด้วยน้ำหม้อน้ำ ทั้งสองถูกจัดเรียงในวงจรขนาน ด้วยการควบคุมโซลินอยด์วาล์ว จะใช้วงจรต่างๆ เพื่อระบายความร้อนแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะที่ต่างกัน ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ เฉพาะระบบระบายความร้อนด้วยน้ำหม้อน้ำเท่านั้นที่จำเป็นในการทำงาน เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ให้เปลี่ยนไปใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเย็นโดยตรง ภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง ทั้งสองระบบสามารถทำงานได้พร้อมกัน และแบตเตอรี่ยังสามารถรับความเย็นสูงสุดได้ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วสามารถครอบคลุมทุกสภาพแวดล้อมการใช้งาน ระบบระบายความร้อนนี้ซับซ้อนมากและมีค่าใช้จ่ายสูง และมีข้อกำหนดสูงสำหรับพื้นที่โครงร่างของยานพาหนะทั้งหมด กลยุทธ์การควบคุมของระบบมีความซับซ้อน และความเสถียรและความน่าเชื่อถือถือเป็นความท้าทาย ระบบนี้ยังใช้ในรถ PHEV ไฮบริดส่วนใหญ่ในตลาดและมีเทคโนโลยีที่ครบถ้วน ดังแสดงในรูปที่ 4

5. ชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศ

ระบบนี้จะนำอากาศเย็นจากห้องโดยสารไปยังแบตเตอรี่โดยตรงผ่านท่อ และใช้ลมเย็นเพื่อทำให้แบตเตอรี่เย็นลง ข้อดีของระบบนี้คือ โครงสร้างเรียบง่าย ควบคุมอุณหภูมิลมเย็นได้ และต้นทุนระบบต่ำ แต่ก็มีข้อเสียของระบบระบายความร้อนโดยตรงเช่นกัน ระบบไม่มีฟังก์ชันทำความร้อน และน้ำควบแน่นที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวแบตเตอรี่นั้นไม่แห้งง่าย ซึ่งมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะและการปนเปื้อนภายในแบตเตอรี่ โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้วิธีการจัดการระบายความร้อนประเภทนี้ ดูรูปที่ 5