Battery Thermal Management System (BTMS)
Battery Thermal Management System (BTMS) er et af kernesystemerne i et elektrisk køretøj, der direkte påvirker sikkerheden, ydeevnen og levetiden for hele køretøjet.
I. Hvorfor batterier har brug for termisk styring
Strømbatterier, især lithium-ion-batterier, er meget afhængige af driftstemperaturen for deres ydeevne, levetid og sikkerhed.
Optimalt driftsområde
Det ideelle driftstemperaturområde for batterier er typisk mellem 15 grader og 40 grader, med det optimale område på ca. 20 grader til 35 grader.
Farer ved høje temperaturer
For høje temperaturer (f.eks. over 60 grader) accelererer batterikapacitetsfald, øger den indre modstand og kan i ekstreme tilfælde udløse termisk løb, hvilket fører til brand og eksplosion.
Farer ved lav temperatur
For lave temperaturer reducerer hastigheden af interne kemiske reaktioner i batteriet, hvilket resulterer i et kraftigt fald i kapacitet og effekt, opladningsvanskeligheder og potentielt lithiumaflejring, hvilket beskadiger batteriet.
Farer for temperaturforskelle
Ujævn temperaturfordeling (for stor temperaturforskel) mellem celler eller moduler i batteripakken fører til inkonsekvent ydeevne, accelererer ældningen af hele batteripakken og begrænser dens brugbare kapacitet.
Derfor sigter et effektivt termisk styringssystem på at holde batteritemperaturen inden for sit optimale vindue og minimere den maksimale temperaturforskel i batteripakken (ideelt mindre end eller lig med 3 grader).
II. Sådan fungerer det termiske system
Det flydende termiske styringssystem bruger cirkulerende kølevæske som et medium til at aflede varme eller opvarme batteriet.
Kølefunktion
Varmeabsorption: Drevet af en elektrisk pumpe strømmer kølevæsken gennem flydende køleplader i batteripakken (normalt i kontakt med batterimodulerne) og absorberer varmen, der genereres af batteriet.
Varmeafledning: Kølevæsken med høj-temperatur, der har absorberet varme, pumpes til den forreste radiator (luft-afkølet) eller udveksler varme med køretøjets klimaanlæg (via en kølevarmeveksler), hvorved varmen spredes til udeluften.
Cirkulation: Den afkølede kølevæske strømmer tilbage i batteripakken og begynder den næste cyklus.
Opvarmningsfunktion
Når batteritemperaturen er for lav, kan systemet opvarme kølevæsken ved hjælp af en PTC-varmer (positiv temperaturkoefficient termistor).
Den opvarmede kølevæske strømmer gennem de flydende køleplader og fungerer som en "varmvandsflaske" til at opvarme batteriet.
Nogle avancerede systemer kan også udnytte spildvarme, der genereres af det elektriske drivsystem, og genvinde den gennem pladevarmevekslere til batteriopvarmning og dermed forbedre energieffektiviteten.
III. Nøglekomponenter i systemet
Et typisk flydende termisk styringssystem består hovedsageligt af følgende komponenter:
Flydende køleplade: Kernevarmevekslerkomponenten i direkte kontakt med batterimodulet, typisk lavet af aluminium med et internt flowkanaldesign. Dens design skal balancere varmeafledningskraft, pålidelighed og letvægt.
Kølevæske: Kræver høj varmeledningsevne, isolering (for at forhindre kortslutninger), lav viskositet, et bredt driftstemperaturområde og god materialekompatibilitet. Ethylenglycol-vandblandinger er almindeligt anvendte (forholdet justeres i henhold til krav til frostvæske), selvom rene organiske alkoholer og andre dielektriske væsker også nogle gange bruges.
Elektrisk pumpe: Giver strøm til kølevæskecirkulation. Dens hastighed kan ofte justeres for at opnå-on-demand-udbud og reducere energiforbruget.
varmeveksler (Chiller): En varmeveksler, der forbinder kølevæskekredsløbet og klimaanlæggets kølekredsløb, der bruges til at forbedre kølingen.
Køler: Placeret foran på køretøjet afleder den varme fra kølevæsken gennem luftstrømmen.
Pladevarmeveksler: Anvendes til varmeveksling mellem forskellige kredsløb, fx til spildvarmegenvinding.
PTC-varmer: En enhed, der opvarmer kølevæsken, når opvarmning er påkrævet.
Ventilhus (f.eks. tre-vejsventil, magnetventil): Styrer kølevæskens strømningsretning, hvilket muliggør skift mellem forskellige tilstande (f.eks. skift mellem køle- og varmetilstande eller mellem forskellige varmekilder).
Reservoir: Kompenserer for ekspansion og sammentrækning af kølevæsken på grund af temperaturændringer og letter påfyldning og udluftning.
Sensorer og styreenhed: Temperatursensorer overvåger batteri- og kølevæsketemperaturen i realtid. Battery Management System (BMS) termisk styringscontroller er hjernen, der intelligent styrer driften af aktuatorer såsom pumper, PTC-varmere, ventiler og aircondition-kompressorer baseret på temperatursignaler og køretøjsstatus ved hjælp af algoritmer.