Salah satu teknologi kunci kendaraan energi baru adalah baterai daya. Kualitas baterai menentukan biaya kendaraan listrik di satu sisi, dan jarak tempuh kendaraan listrik di sisi lain. Ini merupakan faktor kunci untuk penerimaan dan adopsi yang cepat.
Berdasarkan karakteristik penggunaan, persyaratan, dan bidang aplikasi baterai daya, jenis baterai daya yang diteliti dan dikembangkan di dalam dan luar negeri secara umum meliputi: baterai timbal-asam, baterai nikel-kadmium, baterai nikel-metal hidrida, baterai lithium-ion, sel bahan bakar, dan lain-lain, di mana pengembangan baterai lithium-ion paling banyak mendapat perhatian.
Perilaku pembangkitan panas baterai daya
Sumber panas, laju pembangkitan panas, kapasitas panas baterai, dan parameter terkait lainnya dari modul baterai daya sangat berkaitan dengan sifat baterai. Panas yang dilepaskan oleh baterai bergantung pada sifat dan karakteristik kimia, mekanik, dan listrik baterai, terutama sifat reaksi elektrokimia. Energi panas yang dihasilkan dalam reaksi baterai dapat dinyatakan dengan panas reaksi baterai Qr; polarisasi elektrokimia menyebabkan tegangan aktual baterai menyimpang dari gaya gerak listrik keseimbangannya, dan kehilangan energi yang disebabkan oleh polarisasi baterai dinyatakan dengan Qp. Selain reaksi baterai yang berlangsung sesuai dengan persamaan reaksi, ada juga beberapa reaksi samping. Reaksi samping yang umum meliputi dekomposisi elektrolit dan pelepasan muatan sendiri baterai. Panas reaksi samping yang dihasilkan dalam proses ini adalah Qs. Selain itu, karena setiap baterai pasti memiliki resistansi, panas Joule Qj akan dihasilkan ketika arus mengalir. Oleh karena itu, total panas baterai adalah jumlah panas dari aspek-aspek berikut: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Tergantung pada proses pengisian (pengosongan) spesifik, faktor utama yang menyebabkan baterai menghasilkan panas juga berbeda. Misalnya, ketika baterai diisi daya secara normal, Qr adalah faktor dominan; dan pada tahap akhir pengisian baterai, karena dekomposisi elektrolit, reaksi samping mulai terjadi (panas reaksi samping adalah Qs), ketika baterai hampir terisi penuh dan kelebihan pengisian, yang terutama terjadi adalah dekomposisi elektrolit, di mana Qs mendominasi. Panas Joule Qj bergantung pada arus dan resistansi. Metode pengisian daya yang umum digunakan dilakukan dengan arus konstan, dan Qj adalah nilai spesifik pada saat ini. Namun, selama start-up dan akselerasi, arus relatif tinggi. Untuk HEV, ini setara dengan arus puluhan ampere hingga ratusan ampere. Pada saat ini, panas Joule Qj sangat besar dan menjadi sumber utama pelepasan panas baterai.
Dari perspektif pengendalian manajemen termal, sistem manajemen termal dapat dibagi menjadi dua jenis: aktif dan pasif. Dari perspektif media perpindahan panas, sistem manajemen termal dapat dibagi menjadi: berpendingin udara, berpendingin cairan, dan penyimpanan termal perubahan fasa.
Pengelolaan termal dengan udara sebagai media penghantar panas.
Media penghantar panas memiliki dampak signifikan terhadap kinerja dan biaya sistem manajemen termal. Penggunaan udara sebagai media penghantar panas adalah dengan memasukkan udara secara langsung sehingga mengalir melalui modul baterai untuk mencapai tujuan pembuangan panas. Umumnya, kipas, ventilasi masuk dan keluar, serta komponen lainnya diperlukan.
Berdasarkan berbagai sumber masuknya udara, secara umum terdapat bentuk-bentuk sebagai berikut:
1. Pendinginan pasif dengan ventilasi udara luar.
2. Pendinginan/pemanasan pasif untuk ventilasi udara kompartemen penumpang
3. Pendinginan/pemanasan aktif udara luar atau udara di dalam kompartemen penumpang
Struktur sistem pasif relatif sederhana dan langsung memanfaatkan lingkungan yang ada. Misalnya, jika baterai perlu dipanaskan di musim dingin, lingkungan panas di kompartemen penumpang dapat digunakan untuk menghirup udara. Jika suhu baterai terlalu tinggi saat berkendara dan efek pendinginan udara di kompartemen penumpang tidak baik, udara dingin dari luar dapat dihirup untuk mendinginkan.
Untuk sistem aktif, sistem terpisah perlu dibangun untuk menyediakan fungsi pemanasan atau pendinginan dan dikontrol secara independen sesuai dengan status baterai, yang juga meningkatkan konsumsi energi dan biaya kendaraan. Pilihan sistem yang berbeda terutama bergantung pada kebutuhan penggunaan baterai.
Pengelolaan termal dengan cairan sebagai media penghantar panas
Untuk perpindahan panas dengan cairan sebagai medium, perlu dibuat saluran perpindahan panas antara modul dan medium cair, seperti jaket air, untuk melakukan pemanasan dan pendinginan tidak langsung dalam bentuk konveksi dan konduksi panas. Medium perpindahan panas dapat berupa air, etilen glikol, atau bahkan refrigeran. Ada juga perpindahan panas langsung dengan merendam kutub magnet dalam cairan dielektrik, tetapi tindakan isolasi harus dilakukan untuk menghindari korsleting.
Pendinginan cairan pasif umumnya menggunakan pertukaran panas antara cairan dan udara sekitar, kemudian memasukkan selubung ke dalam baterai untuk pertukaran panas sekunder, sedangkan pendinginan aktif menggunakan penukar panas antara media pendingin mesin dan cairan, atau pemanasan listrik/pemanasan minyak termal untuk mencapai pendinginan primer. Pemanasan, pendinginan primer dengan media pendingin kabin penumpang/AC cair.
Sistem manajemen termal dengan udara dan cairan sebagai medium memerlukan kipas, pompa air, penukar panas, pemanas (Pemanas udara PTC), pipa dan aksesori lainnya membuat struktur menjadi terlalu besar dan kompleks, dan juga mengkonsumsi energi baterai, sehingga kepadatan daya dan kepadatan energi baterai menurun.
(Cairan pendingin PTCpemanasSistem pendingin baterai berpendingin air menggunakan cairan pendingin (50% air/50% etilen glikol) untuk mentransfer panas dari baterai ke sistem pendingin udara melalui pendingin baterai, dan kemudian ke lingkungan melalui kondensor. Suhu air yang diimpor mudah mencapai suhu yang lebih rendah setelah pertukaran panas oleh pendingin baterai, dan baterai dapat disesuaikan untuk beroperasi pada kisaran suhu kerja terbaik; prinsip sistem ditunjukkan pada gambar. Komponen utama sistem pendingin meliputi: kondensor, kompresor listrik, evaporator, katup ekspansi dengan katup penghenti, pendingin baterai (katup ekspansi dengan katup penghenti) dan pipa pendingin udara, dll.; sirkuit air pendingin meliputi:pompa air listrik, baterai (termasuk pelat pendingin), pendingin baterai, pipa air, tangki ekspansi, dan aksesori lainnya.
Waktu posting: 13 Juli 2023
