전원 배터리 열 관리 시스템의 설계:
배터리가 작동하기에 적합한 온도 범위를 유지하도록 배터리 온도를 조정합니다. 배터리 팩의 최고 온도와 최저 온도 사이의 차이를 줄이기 위해.
액체 냉각 시스템의 구성
액체 냉각 방열판 시스템은 현재 전원 배터리의 열 관리를 위한 인기 있는 연구 방향입니다. 열용량이 크고 순환을 통해 배터리 시스템의 과도한 열을 제거할 수 있는 냉각액의 성능을 활용하여 배터리 팩의 최적 작동 온도 조건을 달성할 수 있습니다.
액체 냉각 방열판 시스템의 기본 구성 요소에는 전기 워터 펌프, 셀 라디에이터(간접 냉각), 온도 센서, 공조 시스템(압축기, 응축기, 증발기), 히터 및 물 대 물 열 교환기가 포함됩니다.
그 중 공조 시스템은 고온 조건에서 냉각을 제공하는 역할을 합니다. 저온 조건에서 히터는 냉각수 가열을 담당합니다.
열전달 원리
열 관리 시스템의 설계 의도는 충전 및 방전 과정에서 새로운 에너지 필드 전원 배터리의 과도한 열을 전달하여 배터리가 적절한 범위 내에서 작동하도록 유지하고 다른 위치에 있는 셀의 온도 차이를 유지하는 것입니다. 너무 커서는 안됩니다. 이러한 방식으로 배터리의 노화 속도를 늦출 수 있으며, 서로 다른 세포 간의 분화 정도를 늦출 수 있습니다.
공기 냉각과 액체 냉각과 같은 냉각 형태가 다른 이유는 열 전달 매체가 다르기 때문입니다. 원칙적으로 다른 열 전달 방법에서 시작해야 합니다. 열 전달에는 열 복사, 열 전도 및 대류의 세 가지 주요 형태가 있습니다.
열복사: 온도가 절대 영도보다 높은 물체는 열복사를 방출합니다. 열 복사는 매체가 필요하지 않고 접촉이 필요하지 않으며 전자기파의 형태로 열을 전달합니다. 태양에서 지구로 전달되는 열은 열 복사의 전형적인 과정입니다.
열전도: 매체를 통해 고온 영역에서 저온 영역으로 열을 전달하는 과정입니다. 열 복사와 달리 열전도는 온도차와 매질이라는 두 가지 조건이 필요합니다.
대류: 온도 차이에 의해 구동되는 유체 내 상대 흐름.
파워 배터리 셀 내부의 열은 주로 열 전도에 의해 배터리 표면으로 전달된 후 복사 및 대류에 의해 주변 공간으로 퍼집니다. 열 관리 시스템이 시스템에 추가되면 열 전달 프로세스가 부분적으로 변경됩니다. 예를 들어, 간접 방열에서는 주로 열전도에 의해 배터리 표면에서 라디에이터 쉘로 열이 전달된 다음 쉘이 열전도에 의해 라디에이터 유로 표면으로 전달됩니다. 열은 열 전도에 의해 유동 채널의 표면에서 냉각수로 전달됩니다. , 냉각수는 대류에 의해 냉각수 내부의 열을 전달하고 냉각수의 강제 흐름을 따라 배터리 팩 외부로 이동합니다.
배터리 팩을 위한 열 관리 솔루션
배터리 팩의 열 관리 체계에는 배터리 팩의 냉각, 배터리 팩의 저온 예열 및 배터리 팩의 열 보존의 세 가지 조치가 포함됩니다.
배터리 팩의 냉각
액체 냉각 시스템의 냉각 기능은 주로 저온 냉각수 순환에 의해 실현됩니다. 냉각수 자체의 상대적으로 큰 열 용량으로 인해 필요한 방열 전력이 상대적으로 작은 경우 사이클 프로세스를 시작할 필요가 없으며 설정된 온도 범위 요구 사항을 이미 충족할 수 있습니다.
배터리 팩 냉각에는 직접 냉각과 간접 냉각의 두 가지 주요 형태가 있습니다. 직접 냉각은 과도한 열을 제거하기 위해 냉각 매체가 셀 표면에서 직접 흐르는 것을 의미합니다. 간접 냉각은 냉각 매체가 파이프와 라디에이터의 채널을 통해 흐르고 라디에이터가 셀과 접촉하여 셀의 열을 냉각으로 전달하는 것을 의미합니다.
배터리 팩의 저온 예열
원래 압축기는 가열 기능을 가질 수 있지만 저온 가열 효과가 좋지 않고 전력 소비가 상대적으로 커서 배터리 수명에 큰 영향을 미칩니다. 방전하기 위한 최소 방전 온도보다 너무 낮거나 단순히 낮습니다. 따라서 자동차 시동 전 예열 과정은 열 관리 전략으로 설계되었습니다.
배터리 팩 저온 예열에는 내부 가열과 외부 가열의 두 가지 기본 형태가 있습니다.
배터리 팩 외부의 AC 전원을 사용하여 배터리 팩의 해당 온도 범위에 도달할 때까지 배터리 전해액을 가열하는 내부 가열. 열을 발생시키는 부분이 배터리 자체이므로 내부발열이라고 합니다.
외부 가열은 외부 전원을 사용하여 배터리 이외의 매체를 가열하고, 매체는 열을 배터리로 전달하고 배터리의 적절한 온도 범위에 도달할 때까지 점차적으로 배터리 온도를 높입니다. 외부매체는 공기매체와 액체매체를 포함하고, 발열체는 PTC와 발열필름을 포함한다.
외부 가열이 더 일반적인 방법입니다. 일반적인 구현 형태는 배터리 팩 내부에 히터가 장착되어 전원 배터리의 전원을 사용하지 않고 주차 상태에서 배터리 팩 외부의 전원을 켜서 PTC에 전원을 공급하거나 난방 필름. 외부 전원 공급 장치는 일반적으로 대형 전력망의 전기 에너지입니다. 히터는 전기 에너지 낭비를 걱정하지 않고 해당 최대 전력에 따라 작동할 수 있으며 전체 가열 속도는 상대적으로 높습니다.
배터리 팩 절연
저온 영역에서 사용되는 새로운 에너지 필드 전원 배터리 팩의 경우 상자 본체는 일반적으로 예열 열 손실을 늦추기 위한 단열 조치로 설계되어야 합니다. 주행 중 차량이 잠시 정차했을 때 배터리가 다시 작동 온도 이하로 떨어지는 것을 방지합니다. 실험 결과 주변 온도가 영하 20도인 것으로 나타났습니다. 예열 과정에서 배터리가 25도까지 가열되고 차량을 8시간 동안 방치하면 온도가 약 18도까지 떨어집니다.
열 관리 기능이 있는 모든 차량에 단열 조치가 제공되는 것은 아닙니다. 차량이 예열되고 배터리 팩이 작동 상태에 들어가면 배터리 자체에서 많은 열이 발생합니다. 극도로 추운 환경이 아니고 장기 주차가 필요하지 않은 경우 자체 발열로 배터리 팩의 작동 온도를 유지할 수 있습니다.
냉각 효과에 영향을 미치는 주요 요인
냉각수 온도.냉각 과정에서 냉각수의 온도가 낮을수록 배터리의 최고 온도와 최저 온도는 낮아지지만 둘 사이의 간격이 큽니다. 가열 과정에서 냉각수의 온도가 높을수록 배터리의 온도차가 커집니다. 즉, 냉각수와 배터리 사이의 온도 차가 클수록 배터리 팩 내부의 서로 다른 위치에 있는 셀 사이의 온도 차이가 커집니다.
이 현상은 주로 열 관리 시스템의 온도 조절이 다른 위치에 있는 셀에 미치는 영향의 정도와 관련이 있습니다. 일부 셀은 라디에이터와의 접촉 면적이 큰 반면 다른 셀은 상대적으로 작습니다. 한편, 배터리 팩 내부의 냉각수 순환 중에는 입구에서 출구로 온도가 계속 변합니다. 서로 다른 위치에서 동일한 체온을 가진 셀과 냉각수 사이의 온도 차이가 다릅니다. 단순히 냉각수 온도를 조절하는 것이 아니라 정확한 열 설계만이 이 문제를 해결할 수 있습니다.
냉각수 흐름.냉각수의 흐름이 클수록 같은 시간 동안 더 많은 열을 빼앗습니다. 일부 시뮬레이션은 액체 냉각 모델을 구체적으로 관찰했으며 다른 매개변수는 변경되지 않고 냉각 액체 흐름만 조정되어 냉각 효과에 대한 냉각 액체 흐름의 영향입니다. 냉각수 흐름이 증가함에 따라 배터리 시스템의 최대 온도는 감소하지만 온도 차이는 증가합니다. 최대 온도차를 통과한 후 흐름은 계속 증가하고 온도차는 감소하기 시작합니다. 계속해서 유속을 높이는 과정에서 최고온도와 온도차가 한쪽 방향으로 줄어들고 있다.
흐름 증가 과정의 전반부에서는 최고 온도가 감소하고 온도 차이가 증가합니다. 그 이유는 특정 열 구조 설계와 관련된 냉각수 온도의 지속적인 감소 효과와 일치합니다. 다른 냉각 효과는 다른 온도 변화를 가져옵니다. 유량증가 시험 후반부에서는 유량이 증가함에 따라 온도차가 감소하기 시작하여 냉각수의 유량이 어느 정도 증가하였기 때문에 온도차는 계속 감소하였다. 냉각수, 냉각수 열로 전달되는 배터리는 상대적으로 작습니다. 이러한 방식으로 한편으로는 냉각액의 온도에 대한 영향이 작아지고 시스템 입구 근처의 다른 위치에 있는 냉각액 사이의 온도차가 점점 작아집니다. 다른 한편으로, 다른 셀의 열 전달 영역의 차이로 인해 발생하는 열 전달 용량의 차이는 상대적으로 작습니다. 결과적으로 시스템의 전체 온도 차이는 계속해서 감소합니다.
그러나 트래픽이 계속 증가할 수는 없습니다. 한편으로는 소비되는 에너지의 양과도 관련이 있으며, 가성비가 가장 좋은 흐름을 선택하는 것이 불가피합니다. 한편, 오랜 시간 동안 큰 유량을 유지하는 것은 냉각수 순환 시스템의 강도에 대한 시험이며, 장비의 수명이 단축될 수 있으며 동시에 사고 위험이 증가합니다.
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