Pil termal yönetimi
Pil çalışma sürecinde sıcaklık, performansını büyük ölçüde etkiler. Sıcaklık çok düşükse, pil kapasitesinde ve gücünde keskin bir düşüşe, hatta pilin kısa devre yapmasına neden olabilir. Sıcaklığın çok yüksek olması pilin bozulmasına, korozyona uğramasına, alev almasına veya hatta patlamasına neden olabileceğinden, pil termal yönetiminin önemi giderek artmaktadır. Güç pilinin çalışma sıcaklığı, performans, güvenlik ve pil ömrünü belirlemede kilit bir faktördür. Performans açısından, çok düşük bir sıcaklık pil aktivitesinde azalmaya, şarj ve deşarj performansında düşüşe ve pil kapasitesinde keskin bir düşüşe yol açacaktır. Yapılan karşılaştırmada, sıcaklık 10°C'ye düştüğünde pil deşarj kapasitesinin normal sıcaklıktaki değerin %93'ü olduğu; ancak sıcaklık -20°C'ye düştüğünde pil deşarj kapasitesinin normal sıcaklıktaki değerin yalnızca %43'ü olduğu tespit edilmiştir.
Li Junqiu ve diğerlerinin araştırmalarında, güvenlik açısından bakıldığında, sıcaklığın çok yüksek olması durumunda pilin yan reaksiyonlarının hızlanacağı belirtilmiştir. Sıcaklık 60 °C'ye yaklaştığında, pilin içindeki malzemeler/aktif maddeler ayrışacak ve ardından "termal kaçış" meydana gelerek sıcaklığın aniden yükselmesine, hatta 400 ila 1000 °C'ye kadar çıkmasına ve yangın ve patlamaya yol açacaktır. Sıcaklık çok düşükse, pilin şarj hızı düşük tutulmalıdır, aksi takdirde pilin lityumu ayrışacak ve iç kısa devreye neden olarak yangına yol açacaktır.
Pil ömrü açısından bakıldığında, sıcaklığın pil ömrü üzerindeki etkisi göz ardı edilemez. Düşük sıcaklıkta şarj edilmeye yatkın pillerde lityum birikimi, pilin şarj döngüsü ömrünün onlarca kez hızla azalmasına neden olurken, yüksek sıcaklık pilin takvim ömrünü ve şarj döngüsü ömrünü büyük ölçüde etkiler. Araştırma, sıcaklık 23 ℃ olduğunda, %80 kapasiteye sahip bir pilin takvim ömrünün yaklaşık 6238 gün olduğunu, ancak sıcaklık 35 ℃'ye yükseldiğinde takvim ömrünün yaklaşık 1790 güne, sıcaklık 55 ℃'ye ulaştığında ise takvim ömrünün yaklaşık 6238 günden sadece 272 güne düştüğünü ortaya koymuştur.
Şu anda, maliyet ve teknik kısıtlamalar nedeniyle, batarya termal yönetimi (BTMSİletken ortam kullanımında birlik sağlanamamıştır ve üç ana teknik yola ayrılabilir: hava soğutma (aktif ve pasif), sıvı soğutma ve faz değişim malzemeleri (PCM). Hava soğutma nispeten basittir, sızıntı riski yoktur ve ekonomiktir. LFP pillerinin ve küçük otomobil alanlarının ilk geliştirme aşamaları için uygundur. Sıvı soğutmanın etkisi hava soğutmadan daha iyidir, ancak maliyeti daha yüksektir. Hava ile karşılaştırıldığında, sıvı soğutma ortamı, yüksek özgül ısı kapasitesi ve yüksek ısı transfer katsayısı özelliklerine sahiptir ve bu da düşük hava soğutma verimliliğinin teknik eksikliğini etkili bir şekilde telafi eder. Şu anda binek otomobillerin ana optimizasyon planıdır. Zhang Fubin araştırmasında, sıvı soğutmanın avantajının hızlı ısı dağılımı olduğunu, bu sayede pil paketinin homojen sıcaklığını sağlayabildiğini ve yüksek ısı üretimi olan pil paketleri için uygun olduğunu; dezavantajlarının ise yüksek maliyet, sıkı paketleme gereksinimleri, sıvı sızıntısı riski ve karmaşık yapı olduğunu belirtmiştir. Faz değişim malzemeleri hem ısı değişim verimliliği hem de maliyet avantajlarına sahiptir ve düşük bakım maliyetlerine sahiptir. Mevcut teknoloji hala laboratuvar aşamasındadır. Faz değişim malzemelerinin termal yönetim teknolojisi henüz tam olarak olgunlaşmamıştır ve gelecekte pil termal yönetiminin en büyük gelişim yönünü oluşturmaktadır.
Genel olarak, sıvı soğutma şu anda başlıca şu nedenlerden dolayı en yaygın teknoloji seçeneğidir:
(1) Bir yandan, mevcut ana akım yüksek nikel üçlü piller, lityum demir fosfat pillerden daha kötü termal kararlılığa, daha düşük termal kaçış sıcaklığına (ayrışma sıcaklığı, lityum demir fosfat için 750 °C, üçlü lityum piller için 300 °C) ve daha yüksek ısı üretimine sahiptir. Öte yandan, BYD'nin bıçak pili ve Ningde dönemi CTP gibi yeni lityum demir fosfat uygulama teknolojileri, modülleri ortadan kaldırarak, alan kullanımını ve enerji yoğunluğunu iyileştirir ve pil termal yönetimini hava soğutmalı teknolojiden sıvı soğutmalı teknolojiye doğru daha da teşvik eder.
(2) Sübvansiyon azaltımının yönlendirmesi ve tüketicilerin sürüş menzili konusundaki endişelerinden etkilenen elektrikli araçların sürüş menzili artmaya devam etmekte ve batarya enerji yoğunluğu gereksinimleri giderek yükselmektedir. Daha yüksek ısı transfer verimliliğine sahip sıvı soğutma teknolojisine olan talep artmıştır.
(3) Modeller, yeterli maliyet bütçesi, konfor arayışı, düşük bileşen arıza toleransı ve yüksek performans ile orta ila üst düzey modeller yönünde geliştirilmekte olup, sıvı soğutma çözümü gereksinimlerle daha uyumludur.
İster geleneksel bir otomobil olsun ister yeni enerji aracı, tüketicilerin konfor talebi giderek artıyor ve kokpit termal yönetim teknolojisi özellikle önem kazanıyor. Soğutma yöntemleri açısından, soğutma için geleneksel kompresörler yerine elektrikli kompresörler kullanılıyor ve genellikle klima soğutma sistemlerine bataryalar bağlanıyor. Geleneksel araçlarda ağırlıklı olarak eğimli plaka tipi kullanılırken, yeni enerji araçlarında ağırlıklı olarak girdap tipi kullanılıyor. Bu yöntem yüksek verimliliğe, hafifliğe, düşük gürültüye sahip ve elektrikli tahrik enerjisiyle yüksek uyumluluğa sahip. Ayrıca, yapısı basit, çalışması istikrarlı ve hacimsel verimliliği eğimli plaka tipine göre yaklaşık %60 daha yüksek. Isıtma yöntemi açısından ise PTC ısıtma (PTC hava ısıtıcısı/PTC soğutucu ısıtıcı) gereklidir ve elektrikli araçlarda sıfır maliyetli ısı kaynakları (örneğin içten yanmalı motor soğutma sıvısı) bulunmamaktadır.
Yayın tarihi: 07.07.2023
