Giải pháp quản lý nhiệt cho hệ thống pin

Không thể phủ nhận rằng yếu tố nhiệt độ có tác động rất quan trọng đến hiệu suất, tuổi thọ và độ an toàn của pin. Nói chung, chúng ta kỳ vọng hệ thống pin hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 15 đến 35℃ để đạt được công suất đầu ra và đầu vào tốt nhất, năng lượng khả dụng tối đa và tuổi thọ chu kỳ dài nhất (mặc dù bảo quản ở nhiệt độ thấp có thể kéo dài tuổi thọ theo thời gian của pin, nhưng việc thực hiện bảo quản ở nhiệt độ thấp trong ứng dụng không mang lại nhiều ý nghĩa, và pin cũng tương tự như con người ở điểm này).

Hiện nay, việc quản lý nhiệt cho hệ thống pin năng lượng chủ yếu được chia thành bốn loại: làm mát tự nhiên, làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng và làm mát trực tiếp. Trong đó, làm mát tự nhiên là phương pháp quản lý nhiệt thụ động, trong khi làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng và làm mát trực tiếp là các phương pháp chủ động. Sự khác biệt chính giữa ba phương pháp này nằm ở môi chất trao đổi nhiệt.

• Làm mát tự nhiên
Làm mát tự nhiên không cần thêm thiết bị trao đổi nhiệt. Ví dụ, BYD đã áp dụng làm mát tự nhiên trong các mẫu xe Qin, Tang, Song, E6, Tengshi và các mẫu khác sử dụng pin LFP. Được biết, BYD sẽ chuyển sang làm mát bằng chất lỏng cho các mẫu xe sử dụng pin ternary.

• Làm mát bằng không khí (Máy sưởi không khí PTC)
Làm mát bằng không khí sử dụng không khí làm môi chất truyền nhiệt. Có hai loại phổ biến. Loại thứ nhất được gọi là làm mát bằng không khí thụ động, sử dụng trực tiếp không khí bên ngoài để trao đổi nhiệt. Loại thứ hai là làm mát bằng không khí chủ động, có thể làm nóng hoặc làm mát trước không khí bên ngoài trước khi đi vào hệ thống pin. Trong những ngày đầu, nhiều mẫu xe điện của Nhật Bản và Hàn Quốc đã sử dụng các giải pháp làm mát bằng không khí.

• Làm mát bằng chất lỏng
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất chống đông (như ethylene glycol) làm môi chất truyền nhiệt. Thông thường, có nhiều mạch trao đổi nhiệt khác nhau trong dung dịch. Ví dụ, VOLT có mạch tản nhiệt, mạch điều hòa không khí (Điều hòa không khí PTC), và một mạch PTC (Bộ gia nhiệt nước làm mát PTCHệ thống quản lý pin sẽ phản hồi, điều chỉnh và chuyển đổi theo chiến lược quản lý nhiệt. TESLA Model S có một mạch mắc nối tiếp với mạch làm mát động cơ. Khi pin cần được làm nóng ở nhiệt độ thấp, mạch làm mát động cơ sẽ được mắc nối tiếp với mạch làm mát pin, và động cơ có thể làm nóng pin. Khi pin ở nhiệt độ cao, mạch làm mát động cơ và mạch làm mát pin sẽ được điều chỉnh song song, và hai hệ thống làm mát sẽ tản nhiệt độc lập.

1. Bộ ngưng tụ khí

2. Bộ ngưng tụ thứ cấp

3. Quạt dàn ngưng thứ cấp

4. Quạt dàn ngưng tụ khí

5. Cảm biến áp suất máy lạnh (phía áp suất cao)

6. Cảm biến nhiệt độ máy lạnh (phía áp suất cao)

7. Máy nén điều hòa không khí điện tử

8. Cảm biến áp suất điều hòa không khí (phía áp suất thấp)

9. Cảm biến nhiệt độ máy lạnh (phía áp suất thấp)

10. Van giãn nở (bộ làm mát)

11. Van giãn nở (bộ phận bay hơi)

• Làm mát trực tiếp
Hệ thống làm mát trực tiếp sử dụng chất làm lạnh (vật liệu chuyển pha) làm môi chất trao đổi nhiệt. Chất làm lạnh có thể hấp thụ một lượng nhiệt lớn trong quá trình chuyển pha khí-lỏng. So với việc sử dụng chất làm lạnh, hiệu suất truyền nhiệt có thể tăng hơn ba lần, và pin có thể được thay thế nhanh hơn. Nhiệt lượng bên trong hệ thống được dẫn ra ngoài. Phương pháp làm mát trực tiếp đã được sử dụng trong BMW i3.

 

Ngoài hiệu quả làm mát, phương án quản lý nhiệt của hệ thống pin cần phải xem xét sự đồng nhất về nhiệt độ của tất cả các pin. Một khối pin (PACK) có hàng trăm cell, và cảm biến nhiệt độ không thể phát hiện từng cell một. Ví dụ, một mô-đun của Tesla Model S có 444 pin, nhưng chỉ có 2 điểm đo nhiệt độ được bố trí. Do đó, cần phải làm cho nhiệt độ pin càng đồng nhất càng tốt thông qua thiết kế quản lý nhiệt. Và sự đồng nhất nhiệt độ tốt là điều kiện tiên quyết để đảm bảo các thông số hiệu suất như công suất pin, tuổi thọ và SOC ổn định.