Yeni enerji araçlarının temel teknolojilerinden biri de güç bataryalarıdır. Bataryaların kalitesi, bir yandan elektrikli araçların maliyetini, diğer yandan da elektrikli araçların sürüş menzilini belirler. Kabul görme ve hızlı benimseme için kilit bir faktördür.
Güç bataryalarının kullanım özelliklerine, gereksinimlerine ve uygulama alanlarına göre, yurt içi ve yurt dışındaki güç bataryası araştırma ve geliştirme türleri kabaca şunlardır: kurşun-asit bataryalar, nikel-kadmiyum bataryalar, nikel-metal hidrit bataryalar, lityum-iyon bataryalar, yakıt hücreleri vb. Bunların arasında lityum-iyon bataryaların geliştirilmesi en çok ilgi çekmektedir.
Güç bataryasının ısı üretme davranışı
Güç batarya modülünün ısı kaynağı, ısı üretim hızı, batarya ısı kapasitesi ve diğer ilgili parametreleri, bataryanın doğasıyla yakından ilişkilidir. Batarya tarafından salınan ısı, bataryanın kimyasal, mekanik ve elektriksel doğasına ve özelliklerine, özellikle de elektrokimyasal reaksiyonun doğasına bağlıdır. Batarya reaksiyonunda üretilen ısı enerjisi, batarya reaksiyon ısısı Qr ile ifade edilebilir; elektrokimyasal polarizasyon, bataryanın gerçek voltajının denge elektromotor kuvvetinden sapmasına neden olur ve batarya polarizasyonunun neden olduğu enerji kaybı Qp ile ifade edilir. Reaksiyon denklemine göre ilerleyen batarya reaksiyonuna ek olarak, bazı yan reaksiyonlar da vardır. Tipik yan reaksiyonlar arasında elektrolit ayrışması ve bataryanın kendi kendine deşarjı bulunur. Bu süreçte üretilen yan reaksiyon ısısı Qs'dir. Ayrıca, herhangi bir bataryanın kaçınılmaz olarak direnci olacağından, akım geçtiğinde Joule ısısı Qj üretilir. Bu nedenle, bir bataryanın toplam ısısı, aşağıdaki unsurların ısılarının toplamıdır: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Şarj (deşarj) işlemine bağlı olarak, bataryanın ısı üretmesine neden olan ana faktörler de farklıdır. Örneğin, batarya normal şekilde şarj edildiğinde, baskın faktör Qr'dir; batarya şarjının sonraki aşamasında ise elektrolitin ayrışması nedeniyle yan reaksiyonlar meydana gelmeye başlar (yan reaksiyon ısısı Qs'dir). Batarya neredeyse tamamen şarj olduğunda ve aşırı şarj edildiğinde ise esas olarak elektrolit ayrışması olur ve burada Qs baskındır. Joule ısısı Qj, akım ve dirence bağlıdır. Yaygın olarak kullanılan şarj yöntemi sabit akım altında gerçekleştirilir ve bu durumda Qj belirli bir değerdedir. Ancak, çalıştırma ve hızlanma sırasında akım nispeten yüksektir. Hibrit elektrikli araçlar için bu, onlarca ila yüzlerce amperlik bir akıma eşdeğerdir. Bu durumda, Joule ısısı Qj çok büyüktür ve batarya ısı salınımının ana kaynağı haline gelir.
Isı yönetimi kontrol edilebilirliği açısından, ısı yönetim sistemleri aktif ve pasif olmak üzere iki tipe ayrılabilir. Isı transfer ortamı açısından ise ısı yönetim sistemleri hava soğutmalı, sıvı soğutmalı ve faz değişimli termal depolama olarak sınıflandırılabilir.
Hava ısı transfer ortamı olarak kullanılarak termal yönetim
Isı transfer ortamı, termal yönetim sisteminin performansı ve maliyeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Isı transfer ortamı olarak havanın kullanılması, havanın doğrudan batarya modülüne verilmesi ve böylece ısı dağılımı amacına ulaşılması anlamına gelir. Genellikle fanlar, giriş ve çıkış havalandırması ve diğer bileşenler gereklidir.
Hava giriş kaynaklarına göre genel olarak aşağıdaki şekiller mevcuttur:
1. Dışarıdan hava havalandırmalı pasif soğutma
2. Yolcu bölmesi hava havalandırması için pasif soğutma/ısıtma
3. Dış havanın veya yolcu bölmesi havasının aktif olarak soğutulması/ısıtılması
Pasif sistem yapısı nispeten basittir ve mevcut çevreyi doğrudan kullanır. Örneğin, kışın bataryanın ısıtılması gerekiyorsa, yolcu bölmesindeki sıcak ortamdan hava içeri çekilebilir. Sürüş sırasında bataryanın sıcaklığı çok yüksekse ve yolcu bölmesindeki havanın soğutma etkisi yeterli değilse, soğutma için dışarıdan soğuk hava içeri çekilebilir.
Aktif sistem için, ısıtma veya soğutma fonksiyonlarını sağlamak ve batarya durumuna göre bağımsız olarak kontrol etmek üzere ayrı bir sistem kurulması gerekir; bu da aracın enerji tüketimini ve maliyetini artırır. Farklı sistemlerin seçimi esas olarak bataryanın kullanım gereksinimlerine bağlıdır.
Isı transfer ortamı olarak sıvı kullanılarak termal yönetim
Sıvı ortamlı ısı transferinde, modül ile sıvı ortam arasında, örneğin su ceketi gibi bir ısı transfer bağlantısı kurulması gerekir; bu bağlantı, konveksiyon ve ısı iletimi yoluyla dolaylı ısıtma ve soğutmayı sağlar. Isı transfer ortamı su, etilen glikol veya hatta soğutucu akışkan olabilir. Ayrıca, kutup parçasının dielektrik sıvıya daldırılmasıyla doğrudan ısı transferi de mümkündür, ancak kısa devreyi önlemek için yalıtım önlemleri alınmalıdır.
Pasif sıvı soğutma genellikle sıvı-ortam havası ısı değişimini kullanır ve ardından ikincil ısı değişimi için bataryaya soğutucu akışkanlar (cocoon) yerleştirirken, aktif soğutma birincil soğutmayı sağlamak için motor soğutma sıvısı-sıvı ortam ısı eşanjörleri veya elektrikli ısıtma/termal yağ ısıtması kullanır. Isıtma, yolcu kabini havası/klima soğutucu akışkan-sıvı ortam ile birincil soğutma.
Hava ve sıvının ortam olarak kullanıldığı termal yönetim sistemi, fanlar, su pompaları, ısı eşanjörleri ve ısıtıcılar gerektirir.PTC hava ısıtıcısıBoru hatları ve diğer aksesuarlar yapıyı çok büyük ve karmaşık hale getirdiğinden, pil enerjisini de tüketir; bu da dizinin güç yoğunluğunu ve pilin enerji yoğunluğunu düşürür.
(PTC soğutucuısıtıcıSu soğutmalı akü soğutma sistemi, ısıyı aküden klima soğutma sistemine akü soğutucusu aracılığıyla ve daha sonra kondenser üzerinden çevreye aktarmak için soğutucu ( %50 su/%50 etilen glikol) kullanır. İthal edilen suyun sıcaklığı, akü soğutucusu tarafından ısı alışverişi sonrasında daha düşük bir sıcaklığa kolayca ulaşır ve akü, en iyi çalışma sıcaklığı aralığında çalışacak şekilde ayarlanabilir; sistem prensibi şekilde gösterilmiştir. Soğutma sisteminin ana bileşenleri şunlardır: kondenser, elektrikli kompresör, evaporatör, durdurma vanalı genleşme vanası, akü soğutucu (durdurma vanalı genleşme vanası) ve klima boruları vb.; soğutma suyu devresi şunları içerir:elektrikli su pompasıAkü (soğutma plakaları dahil), akü soğutucuları, su boruları, genleşme tankları ve diğer aksesuarlar.
Yayın tarihi: 13 Temmuz 2023
