1. Đặc điểm của pin lithium dành cho xe sử dụng năng lượng mới
Pin lithium chủ yếu có ưu điểm là tốc độ tự xả thấp, mật độ năng lượng cao, thời gian chu kỳ cao và hiệu quả hoạt động cao trong quá trình sử dụng.Sử dụng pin lithium làm thiết bị năng lượng chính cho năng lượng mới tương đương với việc có được nguồn năng lượng tốt.Do đó, trong thành phần chính của phương tiện sử dụng năng lượng mới, bộ pin lithium liên quan đến pin lithium đã trở thành thành phần cốt lõi quan trọng nhất và là bộ phận cốt lõi cung cấp năng lượng.Trong quá trình hoạt động của pin lithium, có những yêu cầu nhất định đối với môi trường xung quanh.Theo kết quả thực nghiệm, nhiệt độ làm việc tối ưu được giữ ở mức 20°C đến 40°C.Khi nhiệt độ xung quanh pin vượt quá giới hạn quy định, hiệu suất của pin lithium sẽ giảm đi đáng kể và tuổi thọ sử dụng sẽ giảm đi rất nhiều.Do nhiệt độ xung quanh pin lithium quá thấp nên công suất phóng điện và điện áp phóng điện cuối cùng sẽ sai lệch so với tiêu chuẩn đặt trước và sẽ giảm mạnh.
Nếu nhiệt độ môi trường quá cao, khả năng thoát nhiệt của pin lithium sẽ tăng lên đáng kể và nhiệt bên trong sẽ tập trung tại một vị trí cụ thể, gây ra vấn đề tích tụ nhiệt nghiêm trọng.Nếu phần nhiệt này không thể thoát ra một cách trơn tru, cùng với thời gian làm việc kéo dài của pin lithium, pin sẽ dễ bị nổ.Mối nguy hiểm an toàn này gây ra mối đe dọa lớn cho sự an toàn cá nhân, vì vậy pin lithium phải dựa vào các thiết bị làm mát điện từ để cải thiện hiệu suất an toàn của thiết bị tổng thể khi làm việc.Có thể thấy, khi các nhà nghiên cứu kiểm soát nhiệt độ của pin lithium, họ phải sử dụng hợp lý các thiết bị bên ngoài để xuất nhiệt và kiểm soát nhiệt độ làm việc tối ưu của pin lithium.Sau khi việc kiểm soát nhiệt độ đạt các tiêu chuẩn tương ứng, mục tiêu lái xe an toàn của các phương tiện sử dụng năng lượng mới sẽ khó có thể bị đe dọa.
2. Cơ chế sinh nhiệt của pin lithium cung cấp năng lượng cho xe năng lượng mới
Mặc dù những loại pin này có thể được sử dụng làm thiết bị cấp nguồn nhưng trong quá trình ứng dụng thực tế, sự khác biệt giữa chúng càng rõ ràng hơn.Một số loại pin có nhược điểm lớn hơn nên các nhà sản xuất xe sử dụng năng lượng mới nên lựa chọn kỹ càng.Ví dụ, pin axit chì cung cấp đủ năng lượng cho nhánh giữa, nhưng nó sẽ gây ra thiệt hại lớn cho môi trường xung quanh trong quá trình hoạt động và thiệt hại này sẽ không thể khắc phục được sau này.Vì vậy, để bảo vệ an ninh sinh thái, nước này đã đưa ắc quy axit-chì vào danh mục cấm.Trong thời kỳ phát triển, pin niken-hydrua kim loại đã có được những cơ hội tốt, công nghệ phát triển dần trưởng thành và phạm vi ứng dụng cũng được mở rộng.Tuy nhiên, so với pin lithium, nhược điểm của nó hơi rõ ràng.Ví dụ, các nhà sản xuất pin thông thường khó kiểm soát được chi phí sản xuất pin niken-hydrua kim loại.Kết quả là giá pin niken-hydro trên thị trường vẫn ở mức cao.Một số thương hiệu xe năng lượng mới theo đuổi hiệu quả chi phí sẽ khó cân nhắc việc sử dụng chúng làm phụ tùng ô tô.Quan trọng hơn, pin Ni-MH nhạy cảm hơn nhiều với nhiệt độ môi trường so với pin lithium và có nhiều khả năng bắt lửa do nhiệt độ cao.Sau nhiều lần so sánh, pin lithium nổi bật và hiện được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện sử dụng năng lượng mới.
Lý do tại sao pin lithium có thể cung cấp năng lượng cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới chính xác là do các điện cực dương và âm của chúng có vật liệu hoạt động.Trong quá trình nhúng và trích xuất vật liệu liên tục, thu được một lượng lớn năng lượng điện, sau đó theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng, năng lượng điện và động năng Để đạt được mục đích trao đổi, từ đó cung cấp năng lượng mạnh cho phương tiện sử dụng năng lượng mới, có thể đạt được mục đích đi bộ bằng ô tô.Đồng thời, khi tế bào pin lithium trải qua phản ứng hóa học sẽ có chức năng hấp thụ nhiệt và giải phóng nhiệt để hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng.Ngoài ra, nguyên tử lithium không tĩnh, nó có thể di chuyển liên tục giữa chất điện phân và màng ngăn, đồng thời có điện trở trong phân cực.
Lúc này, nhiệt lượng cũng sẽ được giải phóng một cách thích hợp.Tuy nhiên, nhiệt độ xung quanh pin lithium của phương tiện sử dụng năng lượng mới quá cao, dễ dẫn đến sự phân hủy các dải phân cách dương và âm.Ngoài ra, thành phần của pin lithium năng lượng mới bao gồm nhiều bộ pin.Nhiệt lượng do tất cả các bộ pin tạo ra vượt xa nhiệt lượng của một pin đơn lẻ.Khi nhiệt độ vượt quá giá trị định trước, pin rất dễ bị nổ.
3. Các công nghệ chủ chốt của hệ thống quản lý nhiệt ắc quy
Đối với hệ thống quản lý pin của phương tiện sử dụng năng lượng mới, cả trong và ngoài nước đều rất quan tâm, triển khai một loạt nghiên cứu và thu được nhiều kết quả.Bài viết này sẽ tập trung đánh giá chính xác lượng pin còn lại của hệ thống quản lý nhiệt ắc quy xe năng lượng mới, quản lý cân bằng ắc quy và các công nghệ chủ chốt được áp dụng tronghệ thống quản lý nhiệt.
3.1 Phương pháp đánh giá năng lượng dư của hệ thống quản lý nhiệt ắc quy
Các nhà nghiên cứu đã đầu tư rất nhiều công sức và nỗ lực vào việc đánh giá SOC, chủ yếu sử dụng các thuật toán dữ liệu khoa học như phương pháp tích phân ampere giờ, phương pháp mô hình tuyến tính, phương pháp mạng thần kinh và phương pháp lọc Kalman để thực hiện một số lượng lớn các thí nghiệm mô phỏng.Tuy nhiên, sai số tính toán thường xuyên xảy ra trong quá trình áp dụng phương pháp này.Nếu sai sót không được sửa chữa kịp thời thì khoảng cách giữa các kết quả tính toán sẽ ngày càng lớn hơn.Để bù đắp cho khuyết điểm này, các nhà nghiên cứu thường kết hợp phương pháp đánh giá Anshi với các phương pháp khác để kiểm chứng lẫn nhau, nhằm thu được kết quả chính xác nhất.Với dữ liệu chính xác, các nhà nghiên cứu có thể ước tính chính xác dòng xả của pin.
3.2 Quản lý cân bằng hệ thống quản lý nhiệt ắc quy
Việc quản lý cân bằng của hệ thống quản lý nhiệt pin chủ yếu được sử dụng để điều phối điện áp và công suất của từng bộ phận của pin nguồn.Sau khi sử dụng các loại pin khác nhau ở các bộ phận khác nhau, nguồn điện và điện áp sẽ khác nhau.Lúc này, nên sử dụng quản lý số dư để loại bỏ sự khác biệt giữa hai điều này.Sự không nhất quán.Kỹ thuật quản lý số dư được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay
Nó chủ yếu được chia thành hai loại: cân bằng thụ động và cân bằng chủ động.Từ góc độ ứng dụng, các nguyên tắc thực hiện được sử dụng bởi hai loại phương pháp cân bằng này khá khác nhau.
(1) Cân bằng thụ động.Nguyên tắc cân bằng thụ động sử dụng mối quan hệ tỷ lệ giữa năng lượng pin và điện áp, dựa trên dữ liệu điện áp của một chuỗi pin và việc chuyển đổi cả hai thường đạt được thông qua phóng điện trở: năng lượng của pin công suất cao tạo ra nhiệt thông qua hệ thống sưởi điện trở, sau đó tiêu tan trong không khí để đạt được mục đích tiêu hao năng lượng.Tuy nhiên, phương pháp cân bằng này không cải thiện được hiệu quả sử dụng pin.Ngoài ra, nếu tản nhiệt không đồng đều, pin sẽ không thể hoàn thành nhiệm vụ quản lý nhiệt của pin do vấn đề quá nhiệt.
(2) Cân bằng hoạt động.Cân bằng chủ động là một sản phẩm nâng cấp của cân bằng thụ động, bù đắp cho những nhược điểm của cân bằng thụ động.Từ quan điểm của nguyên tắc hiện thực hóa, nguyên tắc cân bằng chủ động không đề cập đến nguyên tắc cân bằng thụ động mà áp dụng một khái niệm mới hoàn toàn khác: cân bằng chủ động không chuyển đổi năng lượng điện của pin thành năng lượng nhiệt và tiêu tán nó , để truyền năng lượng cao. Năng lượng từ pin được chuyển sang pin năng lượng thấp.Hơn nữa, kiểu truyền tải này không vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, có ưu điểm là tổn thất thấp, hiệu quả sử dụng cao và cho kết quả nhanh chóng.Tuy nhiên, cơ cấu thành phần của quản lý số dư tương đối phức tạp.Nếu điểm cân bằng không được kiểm soát đúng cách, nó có thể gây ra hư hỏng không thể phục hồi cho bộ pin do kích thước quá lớn của nó.Tóm lại, cả quản lý số dư chủ động và quản lý số dư thụ động đều có những nhược điểm và ưu điểm.Trong các ứng dụng cụ thể, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra lựa chọn tùy theo dung lượng và số lượng chuỗi pin lithium.Bộ pin lithium dung lượng thấp, số lượng thấp phù hợp để quản lý cân bằng thụ động và bộ pin lithium công suất cao, số lượng lớn phù hợp để quản lý cân bằng chủ động.
3.3 Các công nghệ chính được sử dụng trong hệ thống quản lý nhiệt ắc quy
(1) Xác định khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu của ắc quy.Hệ thống quản lý nhiệt chủ yếu được sử dụng để điều phối nhiệt độ xung quanh pin, vì vậy để đảm bảo hiệu quả ứng dụng của hệ thống quản lý nhiệt, công nghệ chủ chốt do các nhà nghiên cứu phát triển chủ yếu được sử dụng để xác định nhiệt độ làm việc của pin.Chỉ cần nhiệt độ của pin được giữ ở mức phù hợp thì pin lithium có thể luôn ở trạng thái hoạt động tốt nhất, cung cấp đủ năng lượng cho hoạt động của các phương tiện sử dụng năng lượng mới.Bằng cách này, hiệu suất pin lithium của phương tiện sử dụng năng lượng mới luôn ở trạng thái tuyệt vời.
(2) Tính toán phạm vi nhiệt độ của pin và dự đoán nhiệt độ.Công nghệ này liên quan đến một số lượng lớn các phép tính mô hình toán học.Các nhà khoa học sử dụng các phương pháp tính toán tương ứng để thu được chênh lệch nhiệt độ bên trong pin và sử dụng kết quả này làm cơ sở để dự đoán hoạt động nhiệt có thể có của pin.
(3) Lựa chọn môi trường truyền nhiệt.Hiệu suất vượt trội của hệ thống quản lý nhiệt phụ thuộc vào việc lựa chọn phương tiện truyền nhiệt.Hầu hết các phương tiện sử dụng năng lượng mới hiện nay đều sử dụng không khí/chất làm mát làm môi trường làm mát.Phương pháp làm mát này vận hành đơn giản, chi phí sản xuất thấp và có thể đạt được mục đích tản nhiệt của pin.(Máy sưởi không khí PTC/Máy làm mát nước làm mát PTC)
(4) Áp dụng thiết kế cấu trúc thông gió và tản nhiệt song song.Thiết kế thông gió và tản nhiệt giữa các bộ pin lithium có thể mở rộng luồng không khí để có thể phân bổ đều giữa các bộ pin, giải quyết hiệu quả sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mô-đun pin.
(5) Lựa chọn điểm đo quạt và nhiệt độ.Trong mô-đun này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một số lượng lớn thí nghiệm để thực hiện các tính toán lý thuyết, sau đó sử dụng các phương pháp cơ học chất lỏng để thu được giá trị điện năng tiêu thụ của quạt.Sau đó, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng các phần tử hữu hạn để tìm ra điểm đo nhiệt độ phù hợp nhất nhằm thu được dữ liệu nhiệt độ pin một cách chính xác.
Thời gian đăng: 25-06-2023
