Một trong những công nghệ then chốt của xe năng lượng mới là pin điện. Chất lượng pin quyết định chi phí của xe điện, đồng thời ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của xe điện. Đây là yếu tố quan trọng để xe điện được chấp nhận và áp dụng nhanh chóng.
Theo đặc điểm sử dụng, yêu cầu và lĩnh vực ứng dụng của pin năng lượng, các loại pin năng lượng đang được nghiên cứu và phát triển trong và ngoài nước大致 bao gồm: pin axit chì, pin niken-cadmi, pin niken-kim loại hydrua, pin lithium-ion, pin nhiên liệu, v.v., trong đó việc phát triển pin lithium-ion nhận được nhiều sự quan tâm nhất.
Hành vi sinh nhiệt của pin điện
Nguồn nhiệt, tốc độ sinh nhiệt, dung lượng nhiệt của pin và các thông số liên quan khác của mô-đun pin năng lượng đều phụ thuộc chặt chẽ vào bản chất của pin. Nhiệt lượng tỏa ra từ pin phụ thuộc vào bản chất và đặc tính hóa học, cơ học và điện của pin, đặc biệt là bản chất của phản ứng điện hóa. Năng lượng nhiệt sinh ra trong phản ứng của pin có thể được biểu thị bằng nhiệt phản ứng của pin Qr; sự phân cực điện hóa làm cho điện áp thực tế của pin lệch khỏi sức điện động cân bằng, và tổn thất năng lượng do sự phân cực của pin được biểu thị bằng Qp. Ngoài phản ứng của pin diễn ra theo phương trình phản ứng, còn có một số phản ứng phụ. Các phản ứng phụ điển hình bao gồm sự phân hủy chất điện phân và sự tự phóng điện của pin. Nhiệt lượng sinh ra trong phản ứng phụ này là Qs. Ngoài ra, vì bất kỳ pin nào cũng không thể tránh khỏi có điện trở, nên nhiệt Joule Qj sẽ được sinh ra khi dòng điện chạy qua. Do đó, tổng nhiệt lượng của pin là tổng của nhiệt lượng từ các khía cạnh sau: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Tùy thuộc vào quy trình sạc (xả) cụ thể, các yếu tố chính gây ra hiện tượng sinh nhiệt ở pin cũng khác nhau. Ví dụ, khi pin được sạc bình thường, Qr là yếu tố chi phối; và ở giai đoạn sau của quá trình sạc pin, do sự phân hủy chất điện phân, các phản ứng phụ bắt đầu xảy ra (nhiệt phản ứng phụ là Qs), khi pin gần đầy và bị sạc quá mức, chủ yếu xảy ra sự phân hủy chất điện phân, trong đó Qs chiếm ưu thế. Nhiệt Joule Qj phụ thuộc vào dòng điện và điện trở. Phương pháp sạc thường được thực hiện dưới dòng điện không đổi, và Qj là một giá trị cụ thể tại thời điểm này. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động và tăng tốc, dòng điện tương đối cao. Đối với xe hybrid (HEV), điều này tương đương với dòng điện từ vài chục đến vài trăm ampe. Lúc này, nhiệt Joule Qj rất lớn và trở thành nguồn chính gây ra hiện tượng sinh nhiệt ở pin.
Từ góc độ khả năng điều khiển quản lý nhiệt, hệ thống quản lý nhiệt có thể được chia thành hai loại: chủ động và thụ động. Từ góc độ môi chất truyền nhiệt, hệ thống quản lý nhiệt có thể được chia thành: làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng và lưu trữ nhiệt bằng sự thay đổi pha.
Quản lý nhiệt bằng cách sử dụng không khí làm môi chất truyền nhiệt.
Môi chất truyền nhiệt có tác động đáng kể đến hiệu suất và chi phí của hệ thống quản lý nhiệt. Việc sử dụng không khí làm môi chất truyền nhiệt nhằm mục đích dẫn trực tiếp không khí lưu thông qua mô-đun pin để tản nhiệt. Thông thường, cần có quạt, hệ thống thông gió đầu vào và đầu ra cùng các bộ phận khác.
Theo các nguồn cung cấp không khí khác nhau, nhìn chung sẽ có các dạng sau:
1. Làm mát thụ động bằng cách thông gió không khí bên ngoài
2. Làm mát/sưởi ấm thụ động cho hệ thống thông gió khoang hành khách
3. Làm mát/sưởi ấm chủ động không khí bên ngoài hoặc khoang hành khách
Cấu trúc hệ thống thụ động tương đối đơn giản và trực tiếp tận dụng môi trường hiện có. Ví dụ, nếu cần làm ấm pin vào mùa đông, có thể sử dụng môi trường ấm áp trong khoang hành khách để hút không khí. Nếu nhiệt độ pin quá cao trong khi lái xe và hiệu quả làm mát của không khí trong khoang hành khách không tốt, có thể hút không khí lạnh từ bên ngoài để làm mát.
Đối với hệ thống chủ động, cần phải thiết lập một hệ thống riêng biệt để cung cấp chức năng sưởi ấm hoặc làm mát và được điều khiển độc lập theo trạng thái của pin, điều này cũng làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và chi phí của xe. Việc lựa chọn các hệ thống khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng của pin.
Quản lý nhiệt bằng chất lỏng làm môi chất truyền nhiệt
Đối với truyền nhiệt bằng chất lỏng, cần phải thiết lập sự truyền nhiệt giữa mô-đun và môi chất lỏng, chẳng hạn như áo nước, để thực hiện gia nhiệt và làm mát gián tiếp dưới dạng đối lưu và dẫn nhiệt. Môi chất truyền nhiệt có thể là nước, ethylene glycol hoặc thậm chí là chất làm lạnh. Cũng có phương pháp truyền nhiệt trực tiếp bằng cách nhúng cực từ vào chất lỏng điện môi, nhưng phải có biện pháp cách điện để tránh đoản mạch.
Làm mát bằng chất lỏng thụ động thường sử dụng sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng và không khí xung quanh, sau đó đưa các lớp vỏ bảo vệ vào bên trong ắc quy để trao đổi nhiệt thứ cấp, trong khi làm mát chủ động sử dụng bộ trao đổi nhiệt giữa chất làm mát động cơ và môi chất lỏng, hoặc hệ thống sưởi điện/sưởi dầu dẫn nhiệt để đạt được hiệu quả làm mát sơ cấp. Hệ thống sưởi, làm mát sơ cấp bằng không khí trong cabin hành khách/môi chất làm lạnh điều hòa không khí.
Hệ thống quản lý nhiệt sử dụng không khí và chất lỏng làm môi chất cần có quạt, bơm nước, bộ trao đổi nhiệt, máy sưởi (máy sưởi không khí PTC(ví dụ: đường ống và các phụ kiện khác) khiến cấu trúc trở nên quá lớn và phức tạp, đồng thời tiêu hao năng lượng pin, làm giảm mật độ công suất và mật độ năng lượng của pin.
(Chất làm mát PTCmáy sưởiHệ thống làm mát pin bằng nước sử dụng chất làm mát (50% nước/50% ethylene glycol) để truyền nhiệt từ pin đến hệ thống làm lạnh điều hòa không khí thông qua bộ làm mát pin, và sau đó đến môi trường thông qua dàn ngưng tụ. Nhiệt độ nước đầu vào dễ dàng đạt đến nhiệt độ thấp hơn sau khi trao đổi nhiệt bởi bộ làm mát pin, và pin có thể được điều chỉnh để hoạt động trong phạm vi nhiệt độ làm việc tối ưu; nguyên lý hoạt động của hệ thống được thể hiện trong hình vẽ. Các thành phần chính của hệ thống làm lạnh bao gồm: dàn ngưng tụ, máy nén điện, dàn bay hơi, van giãn nở có van chặn, bộ làm mát pin (van giãn nở có van chặn) và các đường ống điều hòa không khí, v.v.; mạch nước làm mát bao gồm:máy bơm nước điệnẮc quy (bao gồm cả tấm tản nhiệt), bộ làm mát ắc quy, ống dẫn nước, bình giãn nở và các phụ kiện khác.
Thời gian đăng bài: 13/07/2023
