Beth Yw System Rheoli Thermol?

Beth Yw System Rheoli Thermol?

Mae rheolaeth thermol batri, yn seiliedig ar effaith tymheredd ar berfformiad batri, ynghyd â nodweddion electrocemegol y batri a mecanweithiau cynhyrchu gwres, ac sydd wedi'i seilio ar yr ystod tymheredd gwefru / rhyddhau gorau posibl o fatri penodol, yn dechnoleg sy'n mynd i'r afael ag afradu gwres neu rediad thermol a achosir gan dymheredd rhy uchel neu isel yn ystod gweithrediad batri. Cyflawnir hyn trwy ddylunio rhesymegol ac mae'n seiliedig ar wyddoniaeth deunyddiau, electrocemeg, trosglwyddo gwres, dynameg moleciwlaidd, a disgyblaethau eraill. Mae cynnal ystod tymheredd gweithredu rhesymol yn hanfodol er mwyn i'r pecyn batri gynnal perfformiad da. Felly, mae dylunio cynllun rheoli thermol rhesymol ar gyfer pecynnau batri ion lithiwm yn arwyddocaol iawn ar gyfer gwella perfformiad cyffredinol y system batri.

Mae gan y system rheoli thermol pecyn batri y pum prif swyddogaeth ganlynol: ① mesur a monitro tymheredd batri yn gywir; ② afradu gwres ac awyru effeithiol pan fydd tymheredd y pecyn batri yn rhy uchel; ③ gwresogi cyflym o dan amodau-tymheredd isel; ④ awyru effeithiol pan gynhyrchir nwyon niweidiol; a ⑤ sicrhau dosbarthiad tymheredd unffurf o fewn y pecyn batri.

Mae system rheoli thermol pecyn batri perfformiad uchel yn gofyn am ddull dylunio systematig. Ar hyn o bryd, mae llawer o fethodolegau dylunio ar gyfer systemau rheoli thermol yn bodoli. Y system rheoli thermol pecyn batri a ddefnyddir amlaf yw'r system rheoli thermol pecyn batri a ddyluniwyd gan y Labordy Ynni Adnewyddadwy Cenedlaethol (NREL) yn yr Unol Daleithiau, y mae ei broses ddylunio yn cynnwys saith cam:

1) Darganfod hunan-halibr a gofynion y system rheoli thermol. Yn seiliedig ar nodweddion tymheredd y batri ac ystod tymheredd gweithredu addas, pennwch safon hunanreoli'r system rheoli thermol. Er enghraifft, y tymheredd gweithredu addas ar gyfer batris pŵer ïon lithiwm yw 10 ~ 40 gradd, gyda therfyn tymheredd isel o 0 gradd a therfyn tymheredd uchel o 45 gradd. Felly, dylai dyluniad y system rheoli thermol, wrth gwrdd â thymheredd gweithredu eithafol y batri, ymdrechu i fodloni gofynion tymheredd gweithredu addas y batri.

2) Mesur neu amcangyfrif cynhyrchu gwres modiwl a chynhwysedd gwres. Trwy dâl batri-profion rhyddhau a chyfrifiadau efelychu yn seiliedig ar gynhwysedd gwres penodol y batri, penderfynwch ar y pŵer afradu gwres neu wresogi.

3) Gwerthusiad cychwynnol o'r system rheoli thermol, gan gynnwys dewis y cyfrwng trosglwyddo gwres a dylunio'r strwythur afradu gwres. Yn gyffredinol, cyflawnir oeri batri trwy oeri aer neu oeri hylif. Mae systemau oeri aer yn gymharol syml o ran strwythur ond yn aneffeithlon; mae systemau oeri hylif yn gymhleth o ran strwythur ond yn hynod effeithlon. Mae yna hefyd wahanol fathau o ddulliau gwresogi, megis gwresogi aer poeth sy'n cylchredeg, gwresogi llif hylif, a gwresogi ymbelydredd thermol uniongyrchol o'r ffynhonnell wres.

4) Rhagfynegwch ymddygiad thermol y modiwl a'r pecyn batri. Yn seiliedig ar amodau gweithredu'r pecyn batri, rhagfynegwch ac aseswch y gofynion afradu gwres a gwresogi yn ystod y cais.

5) Dyluniad rhagarweiniol y system rheoli thermol. Yn seiliedig ar y cyfrwng gwres penderfynol a chanlyniadau'r asesiad ymddygiad thermol, cynnal egwyddor a dyluniad peirianneg y system rheoli thermol.

6) Dylunio a phrofi'r system rheoli thermol. Cynhyrchu systemau batri graddfa-lawr neu lawn a'r system rheoli thermol batri, a gwirio effeithiolrwydd y system rheoli thermol o dan amodau gweithredu gwirioneddol efelychiedig ar fainc brawf.

7) Optimeiddio'r system rheoli thermol. Gwella a gwneud y gorau o'r system rheoli thermol yn seiliedig ar y canlyniadau arbrofol.

Nid yw batris yn ddargludyddion gwres da. Nid yw gwybod dim ond y dosbarthiad tymheredd arwyneb yn ddigon i ddeall cyflwr thermol mewnol y batri yn llawn. Mae cyfrifo'r maes tymheredd mewnol gan ddefnyddio modelau mathemategol a rhagweld ymddygiad thermol y batri yn gam anhepgor wrth ddylunio systemau rheoli thermol batri. Ar hyn o bryd, mae'r modelau mathemateg prif ffrwd yn cynnwys modelau dau ddimensiwn a thri-dimensiwn. Ymhlith y rhain, mae'r model tri dimensiwn, oherwydd ei gywirdeb rhagorol a'i allu i addasu, wedi'i ddefnyddio'n helaeth mewn nifer o systemau rheoli thermol batri. Mae'r model fel a ganlyn:

Battery Thermal Field Calculation and Temperature Prediction

Lle T yw'r tymheredd;

ρ yw'r dwysedd cyfartalog;

c_p yw cynhwysedd gwres penodol y batri;

λ_x, λ_y, λ_z yw dargludedd thermol y batri yn y cyfarwyddiadau x, y, a z, yn y drefn honno;

q yw'r gyfradd cynhyrchu gwres fesul cyfaint uned.

Mae gwahaniaethau tymheredd rhwng gwahanol fodiwlau batri o fewn y blwch batri yn gwaethygu anghysondebau mewn ymwrthedd a chynhwysedd mewnol batri. Dros amser, gall hyn arwain at godi gormod neu-ollwng rhai batris, gan effeithio ar eu hoes a’u perfformiad, a chreu peryglon diogelwch. Mae'r gwahaniaethau tymheredd rhwng modiwlau batri o fewn y blwch batri yn perthyn yn agos i'r trefniant pecyn batri. Yn gyffredinol, mae batris yn y canol yn tueddu i gronni gwres, tra bod gan y rhai ar yr ymylon well afradu gwres. Felly, wrth ddylunio strwythur y pecyn batri a'r afradu gwres, mae'n hanfodol sicrhau afradu gwres unffurf. Gan gymryd oeri aer fel enghraifft, yn gyffredinol mae dau ddull awyru: cyfres a chyfochrog, er mwyn sicrhau afradu gwres unffurf. Rhaid i ddyluniad llif aer gadw at egwyddorion sylfaenol mecaneg hylif ac aerodynameg.

Wrth ddylunio system rheoli thermol batri, rhaid dewis math a phŵer y gefnogwr, nifer y synwyryddion tymheredd, a lleoliad y pwyntiau mesur yn ofalus.

Gan gymryd oeri aer fel enghraifft, wrth ddylunio'r system oeri, tra'n sicrhau effaith oeri benodol, dylid lleihau ymwrthedd llif i leihau sŵn ffan a defnydd pŵer, a thrwy hynny wella effeithlonrwydd cyffredinol y system. Gellir amcangyfrif defnydd pŵer y gefnogwr trwy amcangyfrif gostyngiad pwysau a chyfradd llif gan ddefnyddio dulliau arbrofol, cyfrifo damcaniaethol, a dynameg hylif (CFD). Pan fo'r gwrthiant llif yn isel, gellir ystyried cefnogwyr llif echelinol; pan fo'r gwrthiant llif yn uchel, mae cefnogwyr allgyrchol yn fwy addas. Wrth gwrs, rhaid hefyd ystyried y gofod a feddiannir gan y gefnogwr a'i gost. Mae dod o hyd i'r strategaeth rheoli ffan optimaidd hefyd yn un o swyddogaethau system rheoli thermol.

Schematic diagram of temperature measurement points in the battery box

Mae dosbarthiad tymheredd y pecyn batri o fewn y blwch batri yn gyffredinol anwastad, felly, mae angen gwybod dosbarthiad maes thermol y pecyn batri o dan amodau gwahanol i bennu'r pwyntiau tymheredd critigol. Mae mwy o synwyryddion tymheredd yn darparu mesuriad tymheredd mwy cynhwysfawr, ond yn cynyddu cost system a chymhlethdod. Yn dibynnu ar y cyd-destun peirianneg penodol, yn ddamcaniaethol, gellir defnyddio dadansoddiad elfen gyfyngedig, delweddu thermol isgoch mewn arbrofion, neu fonitro tymheredd aml-bwynt amser real i ddadansoddi a mesur dosbarthiad maes thermol y pecyn batri, modiwlau batri, a chelloedd unigol, gan bennu nifer y pwyntiau mesur tymheredd a dod o hyd i bwyntiau addas mewn gwahanol feysydd. Dylai dyluniad cyffredinol sicrhau nad yw'r synwyryddion tymheredd yn agored i lif aer oeri i wella cywirdeb a sefydlogrwydd mesuriadau tymheredd. Wrth ddylunio'r batri, dylid cadw lle ar gyfer synwyryddion tymheredd; er enghraifft, gellir dylunio agoriadau addas mewn lleoliadau priodol. Mae gan becyn batri cerbyd trydan hybrid Prius Toyota 228 o gelloedd unigol, ac mae monitro tymheredd yn cael ei berfformio gan 5 synhwyrydd tymheredd. Mae'r system batri pŵer bws trydan a ddyluniwyd gan Sefydliad Technoleg Beijing yn defnyddio 6 phwynt mesur tymheredd fesul blwch (gweler yr ardal gylch yn Ffigur 8-16a), wedi'u trefnu yn y terfynellau cadarnhaol a negyddol a phwyntiau allbwn llinell bŵer y blwch batri, fel y dangosir yn Ffigur 8-16.

Yn seiliedig ar y cyfrwng trosglwyddo gwres, gellir rhannu oeri systemau rheoli thermol pecyn batri yn dri math: oeri aer, oeri hylif, ac oeri deunydd newid cyfnod. O ystyried costau ymchwil a datblygu materol a gweithgynhyrchu, mae'r system afradu gwres mwyaf effeithiol a ddefnyddir yn gyffredin ar hyn o bryd yn defnyddio aer fel y cyfrwng afradu gwres.

Yn seiliedig ar y strwythur llif aer afradu gwres, gellir rhannu systemau oeri aer ymhellach yn ddau fath: awyru cyfres ac awyru cyfochrog, fel y dangosir yn Ffigurau 8-17 ac 8-18, yn y drefn honno.

Mewn cyfluniad cyfres, mae aer fel arfer yn llifo o un ochr i'r pecyn batri i'r llall i gael gwared ar wres. Fodd bynnag, mae'r llif aer hwn yn cludo gwres o'r ardaloedd y mae'n mynd trwyddynt yn gynharach i'r ardaloedd y mae'n mynd trwyddynt yn ddiweddarach, gan arwain at dymheredd anghyson a gwahaniaethau tymheredd sylweddol. Mewn cyfluniad cyfochrog, mae'r llif aer rhwng modiwlau yn codi'n fertigol, gan ddosbarthu aer yn fwy cyfartal a sicrhau afradu gwres cyson trwy'r pecyn batri.

Gellir categoreiddio systemau rheoli thermol yn systemau goddefol a gweithredol yn seiliedig ar a oes ganddynt ddyfeisiau gwresogi neu oeri mewnol. Mae systemau goddefol yn rhatach ac angen seilwaith symlach; mae systemau gweithredol yn fwy cymhleth ac mae angen mwy o bŵer ychwanegol arnynt, ond maent yn cynnig perfformiad gwell.

Mae Ffigurau 8-19, 8-20, ac 8-21 yn dangos diagramau sgematig o strwythurau gwresogi aer gweithredol a goddefol a disipiad gwres, yn y drefn honno.

Thermal Management System Design and Implementation

Yn Ffigurau 8-19 ac 8-20, er bod yr aer wedi'i oeri a'i gynhesu gan system aerdymheru neu wresogi y car, mae'n dal i gael ei ystyried yn system oddefol. Gyda'r system oddefol hon, oherwydd yr anghysondeb yn nhymheredd yr aer amgylchynol a gyflwynwyd, rhaid i'r aer amgylchynol weithredu o fewn ystod tymheredd penodol (10 ~ 35 gradd) ar gyfer rheolaeth thermol briodol. Gall gweithredu o dan amodau oer neu boeth iawn arwain at fwy o anwastadrwydd yn y pecyn batri.

Mewn systemau gwresogi, yn ogystal â chyflwyno aer poeth i'r pecyn batri, gellir defnyddio dulliau eraill, fel y dangosir yn Ffigurau 8-22 ~ 8-25 (ar gyfer batris prismatig).

Other heating methods