Güç bataryasının termal yönetim tasarımındaki temel unsurların analizi
[Metin / Ping tam metin] Batarya termal yönetim sisteminin tasarımı, batarya işletiminin güvenliğini sağlamak için belirleyici bir dış faktördür. Ayrıca, pil sistemi ömrü gibi performans göstergelerini iyileştirmenin anahtarıdır. Doğrudan batarya sisteminin nihai başarısı veya başarısızlığı ile ilgilidir ve tasarım sonuçları bir oyla reddedilebilir.
Termal tasarım süreci açısından bakıldığında, bir dayanak noktasında bir denge bulmak gibi birbiriyle ilişkili birçok unsur vardır. Teknik uygulamanın sonucu olan nihai amaç, sistemdeki tüm kimyasal hücrelerin çalışma ortamının "konforunu" ve "sıcaklık homojenliğini" sağlamaktır. Bunu başarmak için, birçok pilin performansı "el ele gidebilir" ve en iyi rolü oynayabilir.
Araç güç batarya sisteminin erken tasarımında, batarya düzeni sıkıntısı yoktur. Kutuyu açtığınızda, pil pillerle doludur Termal yönetim tasarımını bulmak zordur veya zayıflatılır ve bir anahtar bağlantı olarak görülmez. Son yıllarda bu durum köklü bir değişikliğe uğramış, müşteriler "kullanım (ve yakıt araçları) arasındaki boşluğu daraltmak" konusunda isteklidirler, güç ve çevreye uyum açısından batarya sistemlerinde daha yüksek gereksinimler ortaya koymuşlar ve termal yönetim verilmiştir. Yeni görev. Bu, termal tasarımın pil sisteminin gereksinimlerini karşılayabilmesi için bilimsel ve eksiksiz bir geliştirme sürecinin adım adım kullanılmasını ve her küçük bağlantının ciddi şekilde ele alınmasını gerektirir.
1 , V'ye göre Modelin ileriye dönük gelişimine giriş: yalnızca net düşünerek anlaşılabilecek üç temel "gereksinim".
Aslında, tüm parçaların tasarımı "talep" tasarımına dayanmaktadır. Ancak yıllarca süren tasarımdan sonra, "talep" bağlantısının genellikle yanlış gittiği görüldü. Tasarımın başlangıcında bazı sorunlar belirsiz veya belirsizdir. Sonuç, yalnızca gerçeğin ardından yama olabilir, hatta tasarımı tersine çevirebilir. Harika bir bedel ödeyin. Bu nedenle, tasarımın başında tam olarak "net düşünmek" ve ardından sonraki çalışmayı "anlamak" gerekir.
1 ) Anahtar gereksinimlerden biri: uygulama "alanı" açıkça belirtilmiştir ve çevresel gereksinimleri karşılayan ilk şeydir.
Maliyet açısından, "tam sıcaklık" talep tasarım şemasına katılmıyorum. Pil NCM, NCA, LFP lityum iyon kimyasal pil sıcaklığının uyarlanabilirliğinin kendine özgü özellikleri çok dardır ve uygulama aralığı yalnızca termal yönetim yoluyla ayarlanabilir (şekilde gösterildiği gibi). Bununla birlikte, bir sorun vardır: Ortam ne kadar güçlü ve sıcaklık ayarlama aralığı ne kadar büyükse, teknoloji ve maliyete (termal yönetimin donanım ve yazılım kısımlarına) yapılan yatırım o kadar büyük olur. Bu konu nasıl tartılır? Birkaç noktayı listeleyeyim:
Birini ölçün, farklı termal yönetim versiyonlarını tasarlayın. Kilometre sürüşü konusunda hiçbir çabadan kaçınmamış olsak da, çoğu araç ve çoğu müşteri yeni enerji araçlarını hala kısa ve orta mesafeli noktadan noktaya araçlar olarak tanımlamaktadır. Çalışma aralığı hala yakıtlı araçlarınkinden daha küçük. Örneğin, güney bölgesinde kullanılan lojistik araçların, dağlık bölgenin ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde tasarlanması, açıkça mantıksız ve ekonomik değildir. Günümüzde, "hassas kullanıcı konumlandırma" tasarımı da bir gelişme eğilimidir.
Önlem iki, "müşterileri bilgilendir": Örneğin, yaprağın ilk sürümünde, kullanım kılavuzunda bir makale var: "Aracı 49 ° C'nin üzerindeki bir yerde 24 saatten fazla bırakmayın; -25 ° C'nin üzerinde bir yerde 7 günden fazla saklayın." Herhangi bir ürün, çoğu müşterinin ihtiyaçlarını karşılamaya yöneliktir. "Birkaç" müşteri ile karşılaşıldığında, birkaç "durum". Müşterilerle "net konuşmanız" gerekir. Aynı zamanda makul bir yaklaşımdır.
Üçü ölçün, kökten başlayın, pil tipini seçin. Örneğin, LTO bataryası, düşük sıcaklık adaptasyonu bir büyüklük sırasına göre geliştirilebilir. Düşük güç ve enerji yoğunluğu ihtiyacı durumunda uygulamayı denemek mümkündür. (Bu, bu makalede tartışılmamaktadır)
2 ) Anahtar gereksinim iki: pil sistemi güç sınırı SOP , Termal yönetim sıcaklık limiti kontrol yeteneğini test etmek için
Aracın ileri dizaynı için güç ihtiyacı çok önemlidir. Güç performansının artılarını ve eksilerini belirler. Batarya sisteminin güç sınırı, büyük ölçüde termal yönetimin limit kontrol kapasitesine bağlıdır. Genel olarak konuşursak, ilk adım, araç güç gereksinimlerinin getirilmesini gerektirir. Pil sistemi daha sonra teknik göstergeleri ayrıştırır, pilleri seçer ve termal yönetim modlarını seçer. Tabii ki, pil sisteminin ulaşamayacağı zamanlar vardır. Ve tüm aracın eşleşen eğrisi eşleşmeyecektir. Şu anda tüm aracın güvenliğine öncelik verilmesi gerekiyor.
3 ) Üçüncü temel gereklilik: esas olarak termal yönetimin sıcaklık eşitleme yeteneğini yansıtan sistem sıcaklık farkının tasarım hedefi
Her zaman bunun termal yönetim tasarımının özü olduğuna inandım. Isı yönetiminin yüksek ve düşük sıcaklık kontrol yeteneği, pilin güvenli çalışma sorununu çözse de, pil performansını ve kullanım ömrünü yansıtan "sistem sıcaklığı eşitleme" yeteneğidir. Tesla'nın 2 ° C sistem sıcaklık farkı, güçlü termal yönetim yeteneklerini göstermenin yanı sıra, daha da önemlisi modelS ve modelX'in 150.000 millik sürüş menzili ve araç akü kapasite kaybının çoğu% 10'dan az. Bu gerçektir.
Tek tip sıcaklık tasarımı, nispeten doğrudan bir bağlantı olan ısı yapısı, soğuk ortam kalitesi ve kontrol stratejisiyle başlar. Aslında, kolayca gözden kaçabilecek bir başka önemli bağlantı daha vardır: "ısı koruma" tasarımı (yapısal malzemeler, kontrol stratejisi). Isı yalıtım önlemleri, sıcaklık değişiminin eğimini değiştirmenin en etkili yoludur. Bir yandan ısı yönetiminin yüksek sıcaklıklarda daha hızlı soğumasını sağlar (dış ortamın etkisini azaltır), diğer yandan ortam düşük olduğunda durdurulan araçlar yavaş soğur. Bu, kullanıcılara kolaylık sağlar ve aynı zamanda 0 ° C'nin biraz altındaki ortam sıcaklığına sahip termal yönetim tasarımını basitleştirilmiş ve kolay hale getirir.
2 Göz ardı edilemeyecek temel unsurlardan biri: pil gövdesinin ısı transferi beklendiği kadar iyi değil ve sistemin sıcaklık noktası düzeninin kalibre edilmesi gerekiyor
İster silindirik pil hücresi, ister kare pil hücresi, isterse yumuşak paketlenmiş pil hücresi olsun, hepsi çok katmanlı kutup parçaları ile üst üste yerleştirilmiştir. Örneğin, belirli bir marka olan 45Ah kare bir akü, 23 pozitif plaka + 24 negatif plaka + N ayırıcı + birkaç elektrolitten oluşur. Öncelikle şekilde gösterildiği gibi ilgili malzemelerin ısıl iletkenliğine (ısıl iletkenlik) bakalım:
(Not: Tablodaki veriler test yöntemlerine bağlı olarak farklılık gösterebilir, bu nedenle sadece referans içindir)
Tablodaki malzemeler açısından pilin bileşimi ile metal malzeme arasında çok büyük bir boşluk var. Yani batarya yüzeyinin sıcaklığının ısıyı en içteki tabakaya aktarması uzun zaman alır. Daha da önemlisi, tek tip sıcaklık özellikleri çok zayıf hale gelecektir. Pil işleme teknolojisi açısından bakıldığında, ısı transferini ve tekdüze sıcaklığı etkileyen daha fazla farklılık vardır:
Bir: aynı kutup parçasında sıcaklık farkı var (kaplama kalınlığı işleminden dolayı)
İkincisi: farklı laminasyon işlemleri için farklı ısı aktarım yolları (sarma işlemi platin levhanın yönü boyunca ısıyı iletirken, laminasyon ısı aktarımı laminasyonun dikey yönü boyuncadır.)
Üçüncüsü: çıkıntının sıcaklığı, kutup parçasının merkezinin en yüksek sıcaklığını tam olarak temsil etmez (çıkıntı, bağlantı parçası aracılığıyla kutup parçasına bağlanır ve işlem ve malzemeler farklıdır)
Yukarıdaki analiz ve karşılaştırma sayesinde, tek hücrede sıcaklık noktası toplama düzeni belirsizdir. Aynı zamanda tek hücrelerden oluşan modüller ve paketler, yapısal tasarım ve yerleşimdeki farklılıklar nedeniyle tamamen farklıdır. Sıcaklık noktasının yerleşim tasarımını tamamlamak için kalibre etmeniz gerekiyor. Örneğin Leaf akü sistemi, kutunun farklı konumlarına dağıtılmış 4 toplama noktasına sahiptir. Sadece koleksiyon sayısı açısından Nissan kendinden çok emin. Ama ardında, kaç tur deney tamamlandı ve bu tür bir geliştirmenin zor işini bilmiyoruz.
Anahtar unsur göz ardı edilemez, ikinci termal arayüz malzeme uygulama seçimi
resimdeki hepsi ısı ile ilgilidir
1 ) Piller arasındaki işlev: Isı iletimi ve ısı yalıtımı. Kulağa çelişkili geliyor. Başvurumuzda gerçekten de çelişkinin eşiğindeyiz. Normal çalışmada, şarj etme ve boşaltma sırasında, iyi bir termal iletkenliğe sahip olmasını umuyoruz. Bu şekilde, sistemin eşit sıcaklık özellikleri garanti edilebilir. Kısa devre veya termal kaçak gibi bir arıza olduğunda, bitişik hücrelerin bağlanmasını önlemek için yalıtım sağlayacağını da umuyoruz.
2 ) Pil ile ısı ileten plaka arasında kullanıldığında Sadece iyi bir ısı iletkenliği değil, aynı zamanda tek tip ısı iletkenliği ve iyi yalıtım da istiyoruz. Bu aynı zamanda bir çelişkidir. Malzeme açısından, ısı iletkenliği ve malzeme yalıtımı, eklenen malzemelerden dolayı seçilir ve performans dengesi eğilir. Aşağıdaki arayüz malzemesi verileri, malzemenin bazı seçim özelliklerini göstermektedir. sadece referans için.
Vaka verileri: kaynak: Suzhou Baimin Electronic Material Technology Co., Ltd.
Yukarıda belirtilen ilgili termal performans ve elektriksel performans seçeneklerine ek olarak, yapısal bir seçenek de bulunmaktadır. Pil hücresi şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında belli bir oranda genişleyecektir, bu sırada yapının bu değişkeni absorbe etmesi gerekmektedir. Arayüz malzemesi doğal olarak bir "yastık" görevi görür. Kısacası aksesuarlar küçük olsa da oldukça kullanışlıdır. İyi bir "seçim tasarımına" ihtiyacınız var. Ayrıca markanın tercihi olan başka bir "seçenek" daha var. Şu anda piyasada, kalite dengesiz ve bazı kötü ürünler ultra düşük fiyatlar tarafından cezbediliyor. Küçük şeyler yüzünden kaybetmeyin. Küçük bir termal ped parçasının tamamen elden geçirildiği bir duruma şahit oldum. Ürün üreticilerini seçin, deneysel yeteneklerine dikkat edin ve gerçek verilerle konuşun.
Üçüncü anahtar unsur, sistem kutusunun yerel ısı yalıtımı göz ardı edilemez
Su soğutma sisteminin tasarımı için yerel olarak bazı ısı yalıtım tasarımları yaptık. Alt plakanın ısı yalıtımının temel işlevi, zeminden yüksek sıcaklıkta radyasyon ısı transferini önlemektir. Yukarıdaki yalıtım yünü esas olarak akü sisteminin gövde veya kabine ısı transferini engellemektir. Güvenlik açısından, ısı yalıtım etkisi de mükemmeldir.Pil sistemi arızalanıp yandığında, yolcu bölmesini rahatlatabilir ve koruyabilir. Şu anda, kabinin tam ısı yalıtımı ile tasarlanamamasının birçok nedeni vardır. Bununla birlikte, pil sistemi ısısı için kesin tasarım yönü doğrudur. Isı yalıtım tasarımı da gerekli olacaktır.
Dördüncü temel unsur göz ardı edilmemelidir: doğal olarak soğutulan bir akü sistemi ayrıca termal yönetim tasarım unsurları gerektirir
Çoğu zaman, doğal soğutmanın kabin soğutmaya dayandığını ve aktif bir tasarım unsuru olmadığını düşünüyoruz. Görünüşe göre bu görüşün gözden geçirilmesi gerekiyor.
1 ) Akü sisteminin dış kutusunun hava akışı için yönlendirme kanalı
Bu noktayı birçok deneyimli yapı mühendisi ile tartıştım. Bunu onaylıyorlar. Akü şarj-deşarj oranı 1-2C olduğunda, ortam sıcaklığı da talebi karşılayabilir. Doğal soğutma kullanmak mantıklıdır. Bu tür bir soğutmayla, kutu doğal olarak bir "ısı emici" olur. Araç hareket halindeyken, kutunun şeklinin hava akışını yönlendirecek şekilde tasarlanması gerekir; pil kutusu ile gövde arasındaki boşluk da gereklidir.
2 ) FAR pil düzeni
Bu herkes için anlaşılabilir bir durumdur. Doğal soğutma kullanılırken hücreler arasındaki boşluk büyütülür. Doğal konveksiyon perspektifinden, etkili bir kanal oluşturmak için hücre boşluğu 5 ~ 10 mm'dir. Aynı zamanda modüller arasında ve modüller ile kabin arasında büyük bir konveksiyon kanalı ayrılmıştır. Bir analiz yaptım, boşluk hacim oranı% 40 ~ 50 ve doğal soğutma en etkili olanı.
özet
Bu makale işteki küçük bir deneyimi anlatıyor. Termal tasarım sürecinde aslında iki önemli faktör vardır: biri "kimyasal pilleri anlamak". Termal tasarım ve termal simülasyon yapan birçok mühendis başka alanlardan geçiş yapmıştır. Bu tür bir çapraz profesyonel "anlayış" öğrenilmelidir. Ancak fikirlerinize kök saldığınızda, termal sistem tasarımının yalnızca yüksek sıcaklığı veya düşük sıcaklığı kontrol etmenin basit olmadığını, tasarımınızda sadece küçük bir adım olduğunu ve sistemi "sıcaklığı eşitleyen" siz olduğunuzu anlayabilirsiniz. Kabiliyet. Diğer anahtar ise "bataryanın termal modeli" Bu konsept uzun yıllardır önerilmektedir. Herkes sessizce yapıyor. Anladığım kadarıyla yeterli olmaktan uzak ve veriler yeterince dolu değil. Bu makale onu tanımlamaz ve daha sonra özel tartışmalar için ayrılacaktır.
Yukarıdaki giriş yalnızca, pozitif termal tasarım için gereken "adım adım" a işaret etti; "açık gereksinimler" ile başlayarak ve termal tasarımı netleştiren birçok öğenin buna dahil edilmesi gerekir. Aynı zamanda, "anahtar" unsurların tasarımını eksiksiz ve tamamlayın. Sürekli çabalarımızla birinci sınıf ürünler tasarlayabileceğimize inanıyorum.
