Kio Estas Termika Administra Sistemo?
Termika Administra Sistemo
La termika administrado de la kuirilaro, bazita sur la efiko de temperaturo al la rendimento de la baterio, kombinita kun la elektrokemiaj karakterizaĵoj kaj la mekanismoj de generado de varmo de la baterio, kaj bazita en la optimuma ŝargo/malŝarĝa temperaturo-intervalo de specifa baterio, estas teknologio, kiu traktas varmodissipadon aŭ termikan forkuriĝon kaŭzitan de tro altaj aŭ malaltaj temperaturoj dum kuirilaro. Tio estas atingita per racia dezajno kaj estas bazita en materiala scienco, elektrokemio, varmotransigo, molekula dinamiko kaj aliaj disciplinoj. Konservi akcepteblan funkcian temperaturon estas esenca por ke la bateripakaĵo konservu bonan rendimenton. Tial, desegni akcepteblan termikan administradskemon por litio-jonaj baterioj estas de granda signifo por plibonigi la ĝeneralan rendimenton de la bateriosistemo.
La termika mastruma sistemo de kuirilaro havas la jenajn kvin ĉefajn funkciojn: ① preciza mezurado kaj monitorado de bateriotemperaturo; ② efika varmo disipado kaj ventolado kiam la kuirilaro temperaturo estas tro alta; ③ rapida hejtado sub malalta-temperaturaj kondiĉoj; ④ efika ventolado kiam malutilaj gasoj estas generitaj; kaj ⑤ certigante unuforman temperaturdistribuon ene de la kuirilaro.
Bateria Pako Termika Administra Sistemo Dezajna Procezo
Alt-efikeca bateria paka termika administradsistemo postulas sisteman dezajnan aliron. Nuntempe, multaj dezajnometodaroj por termikaj estrosistemoj ekzistas. La plej ofte uzata estas termika mastruma sistemo de kuirilaro desegnita de la National Renewable Energy Laboratory (NREL) en Usono, kies dezajnprocezo inkluzivas sep paŝojn:
1) Determini la mem-kalibron kaj postulojn de la termika mastruma sistemo. Surbaze de la temperaturo-karakterizaĵoj de la kuirilaro kaj taŭga operacia temperaturo-intervalo, determinu la regan mem-kalibron de la termika mastruma sistemo. Ekzemple, la taŭga funkcia temperaturo por litio-jonaj potencaj kuirilaroj estas 10~40 gradoj , kun malalta-temperaturlimo de 0 gradoj kaj alta-temperaturlimo de 45 gradoj. Sekve, la dezajno de la termika mastruma sistemo devus, dum ili renkontas la ekstremajn funkciajn temperaturojn de la baterio, strebi plenumi la taŭgajn funkciajn temperaturojn de la kuirilaro.
2) Mezuru aŭ taksu modulan varmogenadon kaj varmokapaciton. Per baterioŝargo-senŝargiĝtestoj kaj simulaj kalkuloj bazitaj sur la specifa varmokapacito de la baterio, determini la varmodissipadon aŭ hejtpotencon.
3) Komenca taksado de la termika mastruma sistemo, inkluzive de elektado de la varmotransiga medio kaj desegnado de la varmodisipa strukturo. Ĝenerale, bateria malvarmigo estas atingita per aermalvarmigo aŭ likva malvarmigo. Aermalvarmigaj sistemoj estas relative simplaj en strukturo sed malefikaj; likvaj malvarmigosistemoj estas kompleksaj en strukturo sed tre efikaj. Ekzistas ankaŭ malsamaj formoj de hejtado-metodoj, kiel cirkulanta varma aero hejtado, likva fluo hejtado, kaj rekta termika radiada hejtado de la varmofonto.
4) Antaŭdiru la termikan konduton de la modulo kaj kuirilaro. Surbaze de la funkciaj kondiĉoj de la kuirilaro, antaŭdiru kaj taksu la varmodissipadon kaj hejtadpostulojn dum aplikado.
5) Antaŭa dezajno de la termika mastruma sistemo. Surbaze de la determinita varmega medio kaj la termika konduto-taksaj rezultoj, konduku la principon kaj inĝenieran dezajnon de la termika mastruma sistemo.
6) Desegni kaj provi la sistemon pri termika administrado. Produktu malgrandigitajn-malsupren aŭ plenskalajn-bateriosistemojn kaj la baterian termikan administradsistemon, kaj kontrolu la efikecon de la termika administradsistemo sub simulitaj realaj operaciumoj sur testbenko.
7) Optimumigu la termikan mastruman sistemon. Plibonigi kaj optimumigi la termikan administradon bazitan sur la eksperimentaj rezultoj.
Selektado de strukturo kaj parametro en la procezo de dezajno de termika mastruma sistemo
Kalkulo de Termika Kampo de Bateria kaj Prognozo de Temperaturo
Baterioj ne estas bonaj konduktiloj de varmo. Koni nur la surfactemperaturan distribuon estas nesufiĉa por plene kompreni la internan termikan staton de la baterio. Kalkuli la internan temperaturkampon uzante matematikajn modelojn kaj antaŭdiri la termikan konduton de la baterio estas nemalhavebla paŝo en dizajnado de bateriaj termikaj administradsistemoj. Nuntempe, la ĉefaj matematikaj modeloj inkluzivas du-dimensiajn kaj tri-modelojn. Inter tiuj, la tridimensia modelo, pro sia bonega precizeco kaj adaptebleco, estis vaste uzata en multnombraj sistemoj de termika administrado de bateriaj. La modelo estas kiel sekvas:
Kie T estas la temperaturo;
ρ estas la averaĝa denseco;
c_p estas la specifa varmokapacito de la baterio;
λ_x, λ_y, λ_z estas la varmokondukteco de la baterio en la x, y, kaj z direktoj, respektive;
q estas la indico de varmogenerado per unuovolumeno.
Termika Administra Sistemo Heat Dissipation Structure Design
Temperaturaj diferencoj inter malsamaj bateriomoduloj ene de la baterio-skatolo pliseverigas malkongruojn en bateria interna rezisto kaj kapacito. Kun la tempo, tio povas konduki al troŝargado aŭ tro-malŝarĝado de iuj baterioj, influante ilian vivdaŭron kaj efikecon, kaj kreante sekurecdanĝerojn. La temperaturdiferencoj inter bateriomoduloj ene de la baterioskatolo estas proksime rilataj al la bateripaka aranĝo. Ĝenerale, baterioj en la mezo emas amasigi varmecon, dum tiuj ĉe la randoj havas pli bonan varmodissipadon. Sekve, dum desegnado de la kuirilaro-strukturo kaj varmodissipado, estas grave certigi unuforman varmodissipadon. Prenante aermalvarmigon kiel ekzemplon, estas ĝenerale du ventoladmetodoj: serio kaj paralela, por certigi unuforman varmodissipadon. Aerflua dezajno devas aliĝi al la bazaj principoj de fluida mekaniko kaj aerodinamiko.
Elekto de Ventiloj kaj Temperaturo-Mezuraj Punktoj
Dum desegnado de bateria termika mastruma sistemo, la tipo kaj potenco de la ventumilo, la nombro da temperatursensiloj kaj la loko de la mezurpunktoj devas esti zorge elektitaj.
Prenante aeran malvarmigon kiel ekzemplon, dum desegnado de la malvarmiga sistemo, certigante certan malvarmigan efikon, fluorezisto devas esti minimumigita por redukti ventumilan bruon kaj elektrokonsumon, tiel plibonigante la ĝeneralan sisteman efikecon. La elektrokonsumo de la adoranto povas esti taksita taksante premfalon kaj flukvanton uzante eksperimentajn, teorian kalkulon, kaj fluidodinamikan (CFD) metodojn. Kiam la fluorezisto estas malalta, aksaj fluaj ventoliloj povas esti konsiderataj; kiam la fluorezisto estas alta, centrifugaj ventoliloj estas pli taŭgaj. Kompreneble, la spaco okupita de la ventumilo kaj ĝia kosto ankaŭ devas esti pripensitaj. Trovi la optimuman ventolilan kontrolstrategion ankaŭ estas unu el la funkcioj de termika mastruma sistemo.
La temperaturdistribuo de la kuirilaro ene de la bateria skatolo estas ĝenerale neegala, tial necesas scii la termikan kampodistribuon de la kuirilaro sub malsamaj kondiĉoj por determini la kritikajn temperaturpunktojn. Pli da temperatursensiloj disponigas pli ampleksan temperaturmezuradon, sed pliigas sisteman koston kaj kompleksecon. Depende de la specifa inĝenieristikkunteksto, teorie, finhava elementanalizo, infraruĝa termika bildigo en eksperimentoj, aŭ reala-tempa plurpunkta temperaturmonitorado povas esti uzata por analizi kaj mezuri la termikakampan distribuadon de la bateripakaĵo, bateriomoduloj kaj individuaj ĉeloj, determini la nombron da temperaturmezurpunktoj kaj trovante taŭgajn punktojn en malsamaj areoj. Ĝenerala dezajno devus certigi ke la temperatursensiloj ne estas elmontritaj al malvarmiga aerfluo por plibonigi la precizecon kaj stabilecon de temperaturmezuradoj. Dum desegnado de la kuirilaro, spaco devas esti rezervita por temperatursensiloj; ekzemple, taŭgaj malfermaĵoj povas esti dizajnitaj en taŭgaj lokoj. La kuirilaro de la hibrida elektra veturilo Prius de Toyota havas 228 individuajn ĉelojn, kaj kontrolado de temperaturo estas farita de 5 temperatursensiloj. La elektra busa elektra bateriosistemo desegnita de Pekina Instituto de Teknologio uzas 6 temperaturmezurpunktojn per skatolo (vidu la rondan areon en Figuro 8-16a), aranĝitaj ĉe la pozitivaj kaj negativaj terminaloj kaj la elektraliniaj eliraj punktoj de la bateria skatolo, kiel montrite en Figuro 8-16.
Dezajno kaj Efektivigo de Termika Administra Sistemo
Surbaze de la varmotransiga medio, la malvarmigo de termikaj mastrumaj sistemoj de kuirilaroj povas esti dividita en tri tipojn: aermalvarmigo, likva malvarmigo kaj fazŝanĝa materiala malvarmigo. Konsiderante materialajn esplorojn kaj disvolviĝojn kaj produktadkostojn, la plej efika kaj kutime uzata varmodisipa sistemo nuntempe uzas aeron kiel la varmodisipa medio.
Surbaze de la varmodisipa aerflua strukturo, aermalvarmigaj sistemoj povas esti plue dividitaj en du tipojn: serio ventolado kaj paralela ventolado, kiel montrite en Figuroj 8-17 kaj 8-18, respektive.
En seriokonfiguracio, aero tipe fluas de unu flanko de la bateripakaĵo al la alia por forigi varmecon. Tamen, tiu aerfluo portas varmecon de areoj kiujn ĝi pasas pli frue al areoj kiujn ĝi pasas poste, rezultigante malkonsekvencajn temperaturojn kaj signifajn temperaturdiferencojn. En paralela agordo, la aerfluo inter moduloj altiĝas vertikale, distribuante aeron pli egale kaj certigante konsekvencan varmodissipadon tra la baterio.
Termikaj administradsistemoj povas esti klasifikitaj en pasivajn kaj aktivajn sistemojn surbaze de ĉu ili havas internajn hejtajn aŭ malvarmigajn aparatojn. Pasivaj sistemoj estas malpli multekostaj kaj postulas pli simplan infrastrukturon; aktivaj sistemoj estas pli kompleksaj kaj postulas pli grandan plian potencon, sed ofertas pli bonan efikecon.
Figuroj 8-19, 8-20, kaj 8-21 montras skemajn diagramojn de aktivaj kaj pasivaj aera hejtado kaj varmodisigaj strukturoj, respektive.
En figuroj 8-19 kaj 8-20, kvankam la aero estis malvarmetigita kaj varmigita per la klimatizilo aŭ hejtsistemo de la aŭto, ĝi daŭre estas konsiderita pasiva sistemo. Kun ĉi tiu pasiva sistemo, pro la nekongruo en la temperaturo de la enmetita ĉirkaŭa aero, la ĉirkaŭa aero devas funkcii ene de certa temperaturo (10 ~ 35 gradoj) por taŭga termika administrado. Funkciado sub ekstreme malvarmaj aŭ varmaj kondiĉoj povas rezultigi pli grandan malebenecon en la kuirilaro.
En hejtsistemoj, krom enkondukado de varma aero en la bateriojn, aliaj metodoj povas esti uzataj, kiel montrite en Figuroj 8-22~8-25 (por prismaj baterioj).
