Tối ưu hóa hệ thống quản lý nhiệt của pin xe điện trong điều kiện nhiệt độ thấp

Khi thị phần xe điện tiếp tục tăng, các nhà sản xuất ô tô đang dần chuyển trọng tâm nghiên cứu và phát triển sang pin điện và hệ thống điều khiển thông minh. Do đặc tính hóa học của pin điện, nhiệt độ sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sạc, xả và độ an toàn của pin. Vì vậy, trong quá trình phát triển xe điện, thiết kế hệ thống quản lý nhiệt cho pin được ưu tiên cao hơn. Dựa trên cấu trúc hệ thống quản lý nhiệt pin xe điện hiện có, kết hợp với công nghệ hệ thống bơm nhiệt van tám chiều của Tesla, bài viết này phân tích nguyên lý hoạt động của pin điện và những ưu điểm, nhược điểm của hệ thống quản lý nhiệt. Các vấn đề như hao hụt công suất khi xe nguội, phạm vi hoạt động ngắn và công suất sạc giảm được đề xuất trong phương án tối ưu hóa hệ thống quản lý nhiệt của pin điện.

Do tính không bền vững của các nguồn năng lượng truyền thống và tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, chính phủ và các nhà sản xuất ô tô ở nhiều quốc gia đã đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang xe năng lượng mới, tập trung vào việc thúc đẩy phát triển xe điện chủ yếu sử dụng điện năng. Khi thị phần xe điện tiếp tục tăng, pin điện và hệ thống điều khiển thông minh đang trở thành xu hướng phát triển công nghệ của xe điện. Chưa có giải pháp nào tốt hơn được tìm ra. Khác với xe chạy xăng truyền thống, xe điện không thể sử dụng nhiệt thải để sưởi ấm khoang cabin và bộ pin. Do đó, trong xe điện, tất cả các hoạt động sưởi ấm cần phải được thực hiện thông qua các nguồn nhiệt và năng lượng. Vì vậy, làm thế nào để cải thiện việc sử dụng năng lượng còn lại của xe trở thành một vấn đề lớn đối với hệ thống quản lý nhiệt trong ô tô điện.

Cáihệ thống quản lý nhiệt xe điệnHệ thống điều khiển nhiệt độ điều chỉnh nhiệt độ của các bộ phận khác nhau trong xe bằng cách quản lý dòng nhiệt, chủ yếu bao gồm kiểm soát nhiệt độ của động cơ, ắc quy và khoang lái. Hệ thống ắc quy và khoang lái cần xem xét điều chỉnh hai chiều giữa lạnh và nóng, trong khi hệ thống động cơ chỉ cần xem xét việc tản nhiệt. Hầu hết các hệ thống điều khiển nhiệt độ ban đầu của xe điện đều là hệ thống tản nhiệt bằng không khí. Loại hệ thống điều khiển nhiệt độ này lấy việc điều chỉnh nhiệt độ khoang lái làm mục tiêu thiết kế chính, và hiếm khi xem xét việc kiểm soát nhiệt độ của động cơ và ắc quy, dẫn đến lãng phí năng lượng của hệ thống ba thành phần trong quá trình hoạt động do nhiệt lượng sinh ra. Khi công suất của động cơ và ắc quy tăng lên, hệ thống tản nhiệt bằng không khí không còn đáp ứng được nhu cầu điều khiển nhiệt độ cơ bản của xe, và hệ thống điều khiển nhiệt độ đã bước vào kỷ nguyên làm mát bằng chất lỏng. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng không chỉ cải thiện hiệu quả tản nhiệt mà còn tăng cường hệ thống cách nhiệt của ắc quy. Bằng cách điều khiển thân van, hệ thống làm mát bằng chất lỏng không chỉ chủ động kiểm soát hướng nhiệt mà còn tận dụng tối đa năng lượng bên trong xe.

Việc làm nóng pin và khoang lái chủ yếu được chia thành ba phương pháp: làm nóng bằng điện trở nhiệt (PTC), làm nóng bằng màng điện trở và làm nóng bằng bơm nhiệt. Do đặc tính hóa học của pin xe điện, sẽ phát sinh các vấn đề như hao hụt công suất khi xe nguội, phạm vi hoạt động ngắn và giảm công suất sạc trong điều kiện nhiệt độ thấp. Để đảm bảo xe điện có thể đạt được điều kiện hoạt động phù hợp trong các điều kiện khắc nghiệt khác nhau, đáp ứng nhu cầu sử dụng, hệ thống quản lý nhiệt của pin cần được cải tiến và tối ưu hóa cho điều kiện nhiệt độ thấp.

Phương pháp làm mát pin

Theo các môi chất truyền nhiệt khác nhau, hệ thống quản lý nhiệt của pin có thể được chia thành ba loại: hệ thống quản lý nhiệt bằng môi chất không khí, hệ thống quản lý nhiệt bằng môi chất lỏng và hệ thống quản lý nhiệt bằng vật liệu chuyển pha. Hệ thống quản lý nhiệt bằng môi chất không khí có thể được chia thành hệ thống làm mát tự nhiên và hệ thống làm mát bằng không khí. Có 2 loại hệ thống làm mát như vậy.

Hệ thống sưởi bằng điện trở nhiệt PTC cần bố trí bộ phận sưởi điện trở nhiệt PTC và lớp phủ cách nhiệt xung quanh bộ pin. Khi bộ pin xe cần được làm nóng, hệ thống sẽ cấp điện cho điện trở nhiệt PTC để tạo nhiệt, sau đó thổi không khí qua PTC bằng quạt.Bộ gia nhiệt nước làm mát PTC/Máy sưởi không khí PTCCác cánh tản nhiệt của điện trở nhiệt sẽ làm nóng nó, và cuối cùng dẫn luồng khí nóng vào bên trong bộ pin để lưu thông, từ đó làm nóng pin.