ניתוח קצר של טכנולוגיית ניהול תרמי עבור
סוללות חשמל חדשות לרכבי אנרגיה
רכיבי ניהול תרמי רכב
מערכת הקירור של רכבי אנרגיה חדשים מורכבת בדרך כלל משלושה חלקים: מערכת סירקולציית קירור הסוללה, מערכת מחזור קירור מבוקרת אלקטרונית של מנוע ומערכת מחזור אוויר חם של מיזוג אוויר. לדגם PHEV יש גם מערכת סירקולציה לקירור מנוע. מערכת מחזור הסוללה מחממת או מקררת בעיקר את הסוללה, מערכת מחזור המנוע מקררת בעיקר את מנוע ההנעה ואת CIDD (בקר מנוע כונן), ומערכת חימום מיזוג האוויר מחממת או מקררת בעיקר את תא הנוסעים. הרכיבים הפונקציונליים העיקריים המעורבים כוללים משאבות מים אלקטרוניות, שסתומי סולנואיד תלת כיווני, שסתומי סולנואיד דו כיווניים, PTCs, מחליפי חום, מפרידי נוזל-גז, רדיאטורים, קומקומים להרחבה, צינורות קירור וסוגריים קבועים שונים. משאבת המים האלקטרונית משמשת כמקור הכוח, נוזל הקירור הוא המדיום, ושסתום הסולנואיד שולט בכיוון הזרימה, כך שמדיום הקירור זורם דרך הרדיאטור והגוף המקורר לאורך הצינור, ובכך מתפזר ומתקרר באמצעות חילופי חום , כך שטמפרטורת העבודה של החלקים הפונקציונליים נשמרת תמיד בטווח פעולה אידיאלי כדי למקסם את הביצועים. לא משנה אם זה רכב חשמלי טהור או רכב היברידי, לולאת הניהול התרמית של הסוללה אינה תלויה במערכות אחרות. הסיבה העיקרית היא שטווח טמפרטורת הפעולה הרגיל של ערכת הסוללות שונה למדי ממערכות אחרות. טמפרטורת ההפעלה של ערכת הסוללות בדרך כלל אינה מותרת לעלות על 35 מעלות, בעוד שמנוע ההנעה פועל לרוב בסביבות 55 מעלות, וטווח טמפרטורת הפעולה של המנוע הוא סביב 95 מעלות, כך שכל מעגל חייב לפעול באופן עצמאי.
הבדלים מניהול תרמי רכב מסורתי
הניהול התרמי של מכוניות מסורתיות הוא יחיד, ללא מערכות בקרה ורכיבים מורכבים. מטרתו היא רק להבטיח שטמפרטורת המנוע תעבוד תמיד בטווח אידיאלי, ועבור הנוסע.
כדי לספק את החום הנדרש לתא הצוות, נעשה שימוש בחום הפסולת שנוצר על ידי המנוע, מבלי לצרוך כוח נוסף. ישנם הבדלים גדולים במבנה המערכת בין רכבי אנרגיה חדשים לרכבים מסורתיים. גם הדרישות לסידור והתקנה של רכיבי המערכת על הרכב כולו גדלו ודרישות השטח לתא הנוסעים גדולות יותר. לסוגים שונים של רכבי אנרגיה חדשים יש מאפיינים משלהם. מאפיינים שונים; עבור כלי רכב חשמליים טהורים, אין מנוע כמקור הכוח למחזור נוזל קירור, ואין פסולת חום מהמנוע לשימוש. עבור כלי רכב היברידיים, בשל אסטרטגיות הבקרה המיוחדות שלהם, המנוע אינו יכול לספק כוח למחזור נוזל הקירור כאשר הוא אינו פועל, וכן אינו יכול לספק את מקור החום הנדרש לתא הנוסעים בזמן אמת. לכן, מבחינה מבנית, מערכות הניהול התרמי של רכבי אנרגיה חדשים מתוכננות עם משאבת מים אלקטרונית עצמאית כדי לספק כוח למחזור נוזל הקירור. האוויר החם משתמש בדרך כלל בחימום חשמלי. PTC חימום חשמלי עצמאי נועד לחמם את נוזל הקירור. מחזור למיכל המים החמים במכונית לאספקת חום לתא הנוסעים, שזו כיום השיטה המרכזית; ישנה גם שיטה לחמם ישירות את האוויר העובר דרך תיבת האידוי ולנשוף את החום לתוך המכונית דרך מאוורר. שיטה זו כרוכה בבטיחות המכונית, כיום נעשה בה שימוש נדיר.
סוגי מערכות ניהול תרמיות של סוללות
שיטות ניהול תרמיות שונות של סוללה כוללות מספרי חלקים, מבנים ופריסות שונים. סוגים שונים של מערכות ניהול תרמיות נבחרות על סמך עלויות פיתוח הרכב, משקל הרכב ודרישות שטח הפריסה. המסלולים הטכניים העיקריים שלו כוללים את חמשת הסוגים הבאים
סוג קירור ישיר
המכונה טכנולוגיית הקירור הישיר של הסוללה, למערכת הקירור הישיר ישנו מאייד קירור מובנה בתוך הסוללה, המחובר למערכת מיזוג האוויר דרך צינורות. כאשר צריך לקרר את הסוללה, מדחס משמש לשליחת נוזל הקירור הדחוס לתוך המאייד שבתוך הסוללה, ולאחר מכן מוציא את הסוללה משם. חום פנימי משיג אפקט קירור. למערכת יש את היתרונות של מבנה קומפקטי, אפקט קירור טוב, מספר קטן של חלקים (נדרש רק צינור כניסה אחד ויציאה אחד לקירור) ומשקל קל. עם זאת, החסרונות של מערכת זו הם שהיא אינה יכולה לחמם את הסוללה בתנאי טמפרטורה נמוכה מתחת לאפס, המים המעובה שנוצרים בתהליך הקירור אינם מוגנים, וקשה לשלוט על אחידות הטמפרטורה של נוזל הקירור. למערכת הקירור אורך חיים קצר ואמינות נמוכה, ולעתים קרובות מתרחשת דליפת קירור. נזילה, יכולת קירור לא מספקת ותקלות נוספות. זוהי טכנולוגיית קירור הסוללה העדכנית ביותר עם בשלות נמוכה יחסית. זה יושם בדגמים בייצור המוני בשוק כמו BYD וטסלה. זהו מסלול טכני מרכזי בעתיד.
סוג קירור מים רדיאטור
מעגל הקירור של הרדיאטור הוא מעגל עצמאי, המורכב מרדיאטור, משאבת מים אלקטרונית, תנור חימום וכו', עם חומר מונע קיפאון. האנטיפריז יוצא מהרדיאטור, עובר דרך המחמם, לאחר מכן אל הסוללה, ולבסוף חוזר לרדיאטור. מחזור זה מקרר ומחמם את הסוללה. למערכת היתרונות של מבנה פשוט, עלות נמוכה וחיסכון באנרגיה בסביבת טמפרטורה נמוכה כל השנה. עם זאת, יעילות פיזור החום של מערכת זו נמוכה, וטמפרטורת המים גבוהה באקלים בטמפרטורות גבוהות בקיץ, ולכן היא אינה יכולה לעמוד בתנאי ההפעלה בסביבות טמפרטורות גבוהות.
סוג קירור מים בקירור ישיר
מערכת זו משלבת קירור ישיר וקירור מים, ומגשרת בין מערכת מיזוג האוויר ומערכת קירור המים דרך מצנן הסוללות Chiller (נקרא גם מחליף חום). מערכת זו מונעת את החסרונות של שתי שיטות הקירור הראשונות והיא כיום אחת ממערכות הניהול התרמיות של הסוללה הנפוצות ביותר. למערכת יש יותר רכיבים מהשניים הראשונים. המערכת מורכבת יותר ודורשת מקום גדול יחסית לסידור הרכיבים. על המדחס עומס כבד במהלך הפעולה, אשר גוזל אנרגיה רבה לכל הרכב וחסכוני גרוע. בנוסף, כאשר חלק ממערכת המיזוג כושל, לא ניתן לספק את צורכי הקירור של המצבר בצורה מקסימלית.
סוג היברידי מקורר מים
מערכת זו מבוססת על מערכת קירור מים בקירור ישיר ומוסיפה מערכת קירור מים ברדיאטור. השניים מסודרים במעגלים מקבילים. על ידי שליטה על שסתום הסולנואיד, מעגלים שונים משמשים לקירור הסוללה בתנאים שונים. בסביבות טמפרטורות נמוכות, רק מערכת קירור המים של הרדיאטור פועלת. כאשר נמצאים בסביבה בטמפרטורה גבוהה, עבור למערכת קירור מים בקירור ישיר כדי לעבוד. בתנאי עבודה קשים, שתי המערכות יכולות לעבוד בו-זמנית, והסוללה יכולה גם להשיג קיבולת קירור מקסימלית, שיכולה בעצם לכסות את כל סביבות השימוש. מערכת קירור זו מורכבת ביותר, בעלת עלות גבוהה, דורשת שטח פריסת רכב רב, בעלת אסטרטגיות בקרה מורכבות של מערכת, ומציבה אתגר ליציבות ואמינות. מערכת זו משמשת גם ברוב דגמי ה-PHEV ההיברידיים בשוק ובעלת טכנולוגיה בוגרת.
סוג קירור אוויר
מערכת זו מובילה ישירות את האוויר הקר מקירור תא הנוסעים לסוללה דרך התעלה, ומשתמשת באוויר הקר לקירור האוויר של הסוללה. היתרונות של מערכת זו הם מבנה פשוט, טמפרטורת אוויר קר הניתנת לשליטה ועלות מערכת נמוכה. עם זאת, יש לה גם את החסרונות של מערכת הקירור הישיר. למערכת אין פונקציית חימום, והמים המעובים הנוצרים על פני הסוללה אינם קלים לייבוש, וקיים סיכון לקורוזיה וזיהום בתוך הסוללה. שיטת ניהול תרמית מסוג זה אינה מומלצת בדרך כלל
