מערכת קירור נוזלים לניהול תרמי
של חבילות סוללות ליתיום-יון
הפיתוח של כלי רכב חשמליים הואץ משמעותית בשנים האחרונות עקב חששות גוברים לגבי צריכת דלק מאובנים ופליטת פחמן מהצינור. סוללות ליתיום-יון הן כיום מקור הכוח הנפוץ ביותר עבור כלי רכב חשמליים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה, קצב פריקה עצמית נמוך, דרישות תחזוקה נמוכות, חיי מחזור ארוכים, משקל קל ומבנה קומפקטי. עם זאת, הביצועים של סוללות Li-ion מושפעים מאוד מטמפרטורת הפעולה. טווח טמפרטורת הפעולה האידיאלי עבור סוללות ליתיום-יון הוא 25 עד 40 מעלות, והפרש הטמפרטורה המרבי בין סוללות שונות הוא פחות מ-5 מעלות. עבודה בסביבת טמפרטורה נמוכה או גבוהה תוביל לירידה בביצועי הסוללה, לקיצור חיים ואפילו לבריחה תרמית. לכן, מערכת ניהול תרמית מעולה של סוללות (BTMS) נחוצה מאוד כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה והיעילה של סוללות ליתיום-יון.
על פי אסטרטגיות קירור שונות, ניתן לחלק את BTMS למערכת קירור פסיבית, מערכת קירור אקטיבית ומערכת היברידית המשלבת פסיבית ואקטיבית. במערכות קירור פסיביות, אין צריכת חשמל נוספת, אך הן גם לא יכולות לשלוט במערכת הקירור כדי לשנות את קצב הקירור. הטמע חומרים מיוחדים או מבנים לפיזור חום על פני השטח של סוללות ליתיום-יון כדי להשיג יכולות העברת חום גבוהות בין הסוללה לסביבה החיצונית. דוגמאות אופייניות כוללות הסעת אוויר טבעית, חומרים לשינוי פאזה (PCMs) וצינורות חום.
קירור אוויר פסיבי בעל יכולת קירור נמוכה ואינו מתאים לקירור סוללות Li-ion בצפיפות אנרגיה גבוהה. PCMs מסוגלים לאגור ולשחרר כמויות גדולות של אנרגיה במהלך הפשרה, וזכו לתשומת לב גוברת בשנים האחרונות. היתרונות העיקריים של שילוב PCM ב-BTMS הם אחידות טובה של טמפרטורת התא וגיאומטריה גמישה. עם זאת, המוליכות התרמית הנמוכה של PCM מעכבת את קצב פיזור החום של הסוללה, מה שמהווה סכנות נסתרות חמורות בתנאי טעינה-פריקה בקצב גבוה. לכן, חשוב מאוד לפתח מערכת ניהול תרמית של מצבר לרכבים חשמליים חדשים באנרגיה עם ביצועי פיזור חום מעולים.
