La conception du système de gestion thermique de la batterie de puissance :
Ajuster la température de la batterie pour la maintenir dans la plage de température appropriée pour que la batterie fonctionne ; pour réduire la différence entre la température la plus élevée et la température la plus basse dans la batterie.
Composition du système de refroidissement liquide
Le système de dissipateur thermique à refroidissement liquide est actuellement une direction de recherche populaire pour la gestion thermique des batteries de puissance. Les conditions de température de fonctionnement optimales de la batterie peuvent être obtenues en utilisant les performances du liquide de refroidissement, qui a une grande capacité thermique et peut éliminer l'excès de chaleur du système de batterie par circulation.
Les composants de base du système de dissipateur thermique à refroidissement liquide comprennent : une pompe à eau électrique, un radiateur à cellules (refroidissement indirect), un capteur de température, un système de climatisation (compresseur, condenseur, évaporateur), un réchauffeur et un échangeur de chaleur eau-eau.
Parmi eux, le système de climatisation est chargé de fournir un refroidissement dans des conditions de température élevée ; le réchauffeur, dans des conditions de basse température, est responsable du chauffage du liquide de refroidissement.
Principes du transfert de chaleur
L'intention de la conception du système de gestion thermique est de transférer l'excès de chaleur de la nouvelle batterie d'alimentation de champ d'énergie pendant le processus de charge et de décharge, de maintenir la batterie en fonctionnement dans une plage appropriée et la différence de température des cellules dans différentes positions ne doit pas être trop grand. De cette manière, la vitesse de vieillissement de la batterie peut être ralentie et le degré de différenciation entre différentes cellules peut être ralenti.
La raison pour laquelle il existe différentes formes de refroidissement telles que le refroidissement par air et le refroidissement par liquide est que le moyen de transfert de chaleur est différent. En principe, il faut partir des différentes méthodes de transfert de chaleur. Il existe trois principales formes de transmission de chaleur : le rayonnement thermique, la conduction thermique et la convection.
Radiation thermique : Les objets dont la température est supérieure au zéro absolu émettent une radiation thermique. Le rayonnement thermique ne nécessite pas de support et ne nécessite pas de contact, et transfère de la chaleur sous forme d'ondes électromagnétiques. La chaleur transférée du soleil à la terre est un processus typique de rayonnement thermique.
Conduction thermique : Le processus de transfert de chaleur d'une zone à haute température vers une zone à basse température à travers un milieu. Contrairement au rayonnement thermique, la conduction thermique nécessite l'existence de deux conditions : la différence de température et le milieu.
Convection : flux relatif dans un fluide, entraîné par les différences de température.
La chaleur, à l'intérieur de la cellule de la batterie de puissance, est principalement transférée à la surface de la batterie par conduction thermique, puis diffusée dans l'espace environnant par rayonnement et convection. Si un système de gestion thermique est ajouté au système, le processus de transfert de chaleur est partiellement modifié. Par exemple, dans la dissipation thermique indirecte, la chaleur est transférée de la surface de la batterie à la coque du radiateur principalement par conduction thermique, puis la coque est transférée à la surface du canal d'écoulement du radiateur par conduction thermique ; la chaleur est transférée de la surface du canal d'écoulement au liquide de refroidissement par conduction thermique. , le liquide de refroidissement transfère la chaleur à l'intérieur du liquide de refroidissement par convection et suit le flux forcé du liquide de refroidissement vers l'extérieur de la batterie.
Solutions de gestion thermique pour batteries
Le schéma de gestion thermique du bloc-batterie implique trois mesures : le refroidissement du bloc-batterie, le préchauffage à basse température du bloc-batterie et la conservation de la chaleur du bloc-batterie.
Refroidissement de la batterie
La fonction de refroidissement du système de refroidissement liquide est principalement réalisée en faisant circuler un liquide de refroidissement à basse température. Si la puissance de dissipation thermique requise est relativement faible, en raison de la capacité thermique relativement importante du liquide de refroidissement lui-même, il n'est pas nécessaire de démarrer le processus de cycle et les exigences de plage de température définies peuvent déjà être satisfaites.
Il existe deux formes principales de refroidissement des batteries, le refroidissement direct et le refroidissement indirect. Le refroidissement direct signifie que le fluide de refroidissement s'écoule directement de la surface de la cellule pour éliminer l'excès de chaleur ; le refroidissement indirect signifie que le fluide de refroidissement circule à travers les canaux des tuyaux et du radiateur, et le radiateur est en contact avec la cellule pour transférer la chaleur de la cellule au refroidissement.
Réchauffement à basse température de la batterie
À l'origine, le compresseur peut avoir une fonction de chauffage, mais son effet de chauffage à basse température n'est pas bon et la consommation d'énergie est relativement importante, ce qui a un impact important sur la durée de vie de la batterie. Trop basse ou simplement inférieure à la température de décharge minimale pour décharger. Par conséquent, le processus de réchauffement avant le démarrage de la voiture est intégré à la stratégie de gestion thermique.
Il existe deux formes de base de préchauffage à basse température des batteries : le chauffage interne et le chauffage externe.
Chauffage interne, utilisant l'alimentation CA à l'extérieur du bloc-batterie pour chauffer l'électrolyte de la batterie jusqu'à ce qu'il atteigne la plage de température applicable du bloc-batterie. La partie qui génère de la chaleur est la batterie elle-même, on l'appelle donc chauffage interne.
Le chauffage externe utilise une alimentation externe pour chauffer le support autre que la batterie, le support transfère la chaleur à la batterie et augmente progressivement la température de la batterie jusqu'à ce qu'elle atteigne la plage de température appropriée de la batterie. Le milieu externe comprend un milieu d'air et un milieu liquide, et les éléments de génération de chaleur comprennent un PTC et un film chauffant.
Le chauffage externe est la méthode la plus courante. La forme de mise en œuvre générale est que la batterie est équipée d'un radiateur à l'intérieur, qui n'utilise pas la puissance de la batterie d'alimentation, mais dans l'état de stationnement, allume l'alimentation à l'extérieur de la batterie et alimente le PTC ou le film chauffant. L'alimentation électrique externe est généralement l'énergie électrique du grand réseau électrique. L'appareil de chauffage peut fonctionner selon la puissance maximale applicable sans se soucier du gaspillage d'énergie électrique, et le taux de chauffage global est relativement élevé.
Isolation de la batterie
Pour les nouvelles batteries d'alimentation de champ énergétique utilisées dans les zones à basse température, le corps du boîtier doit généralement être conçu avec des mesures d'isolation thermique pour ralentir la perte de chaleur de préchauffage. Empêche la batterie de redescendre en dessous de la température de fonctionnement lorsque le véhicule est arrêté pendant une courte période pendant la conduite. Des expériences ont montré que la température ambiante est de moins 20 degrés. Pendant le processus de préchauffage, la batterie est chauffée à 25 degrés, et le véhicule est laissé debout pendant 8 heures, et la température chute à environ 18 degrés.
Les mesures d'isolation ne sont pas fournies sur tous les véhicules dotés de fonctions de gestion thermique. Une fois que le véhicule est préchauffé et que la batterie entre en état de fonctionnement, la batterie elle-même générera beaucoup de chaleur. S'il ne s'agit pas d'un environnement extrêmement froid et qu'il n'y a pas besoin de stationnement de longue durée, la température de fonctionnement de la batterie peut être maintenue par auto-échauffement.
Les principaux facteurs qui affectent l'effet de refroidissement
Température du liquide de refroidissement.Pendant le processus de refroidissement, plus la température du liquide de refroidissement est basse, plus les températures maximale et minimale de la batterie sont basses, mais l'écart entre les deux est important. Pendant le processus de chauffage, plus la température du liquide de refroidissement est élevée, plus la différence de température de la batterie est importante. C'est-à-dire que plus la différence de température entre le liquide de refroidissement et la batterie est grande, plus la différence de température entre les cellules à différentes positions à l'intérieur du bloc-batterie est grande.
Ce phénomène est principalement lié aux différents degrés d'influence de la régulation de température du système de gestion thermique sur les cellules à différentes positions. Certaines cellules ont une grande surface de contact avec le radiateur, tandis que d'autres sont relativement petites ; d'autre part, lors de la circulation du liquide de refroidissement à l'intérieur du pack batterie, la température évolue constamment de l'entrée vers la sortie. À différents endroits, la différence de température entre le liquide de refroidissement et les cellules ayant la même température corporelle est différente. Seule une conception thermique précise peut résoudre ce problème, pas simplement en ajustant la température du liquide de refroidissement.
Flux de liquide de refroidissement.Plus le débit de liquide de refroidissement est important, plus il évacue de chaleur dans le même laps de temps. Certaines simulations ont spécifiquement observé le modèle de refroidissement liquide, d'autres paramètres restent inchangés, et seul le débit de liquide de refroidissement est ajusté, l'effet du débit de liquide de refroidissement sur l'effet de refroidissement. À mesure que le débit de liquide de refroidissement augmente, la température maximale du système de batterie diminue, mais la différence de température augmente. Après avoir dépassé une différence de température maximale, le débit continue d'augmenter et la différence de température commence à diminuer. Dans le processus d'augmentation continue du débit, la température maximale et la différence de température ont diminué dans une direction.
Dans la première moitié du processus d'augmentation du débit, la température maximale diminue et la différence de température augmente. Les raisons sont cohérentes avec l'effet de la diminution continue de la température du liquide de refroidissement, qui est liée à la conception spécifique de la structure thermique. Différents effets de refroidissement entraînent différents changements de température. Dans la seconde moitié du test d'augmentation du débit, avec l'augmentation du débit, la différence de température a commencé à diminuer et a continué à diminuer, car le débit du liquide de refroidissement a augmenté dans une certaine mesure, par rapport à la capacité d'absorption de chaleur du liquide de refroidissement, la batterie transférée à la chaleur du liquide de refroidissement est relativement faible. De cette manière, d'une part, l'influence sur la température du liquide de refroidissement devient plus petite, et la différence de température entre le liquide de refroidissement à différentes positions près de l'entrée du système devient de plus en plus petite ; d'autre part, la différence de capacité de transfert de chaleur causée par la différence de surface de transfert de chaleur des différentes cellules est relativement plus petite. En conséquence, la différence de température globale du système continue de diminuer.
Mais le trafic ne peut pas continuer à augmenter. D'une part, il est lié à la quantité d'énergie consommée, et il est inévitable de choisir un flux avec la meilleure performance de coût. D'autre part, le maintien d'un débit important pendant une longue période est un test de la résistance du système de circulation du liquide de refroidissement, la durée de vie de l'équipement peut être réduite et, en même temps, le risque d'accident augmentera.
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