רקע ניהול תרמי של מערכת סוללות לרכב חשמלי
עם ההתפתחות המהירה של תעשיית הייצור, תעשיית הרכב בסין מתמודדת עם האתגרים של שינוי תעשייתי, הפחתת פליטות, משבר אנרגיה ופיתוח דל פחמן. הפיתוח של רכבי אנרגיה חדשים הפך לדרך היחידה להפחית את התלות בנפט וזיהום הפליטה של תעשיית הרכב. כדי לקדם את תעשיית הרכב האנרגיה החדשה, פורסמו שורה של תוכניות פיתוח, סובסידיות פיננסיות ותכניות תמריצי מס כדי לקדם את הפיתוח של תעשיית הרכב האנרגיה החדשה.
מארז הסוללות הוא מרכיב אחסון האנרגיה העיקרי של רכב חשמלי, המורכב מסוללות ליתיום, אשר משפיע ישירות על ביצועי הרכב החשמלי. בשל השטח המצומצם ברכב להעמסת מצברים, גם מספר המצברים הנדרשים לתפעול תקין גדול. סוללות נפרקות בקצבים שונים ומייצרות חום רב בקצבים שונים. בנוסף, צבירת זמן והשפעת מקום יצברו כמות גדולה של חום, וכתוצאה מכך טמפרטורת סביבת פעולה מורכבת ומשתנה של ערכת הסוללות. עליית הטמפרטורה של ערכת הסוללות משפיעה באופן רציני על הפעולה, חיי המחזור, קבילות הטעינה, הספק ואנרגיה של החבילה, הבטיחות והאמינות של המערכת האלקטרוכימית. אם ערכת המצברים של רכב חשמלי לא יכולה לפזר חום בזמן, הטמפרטורה של מערכת ערכת המצברים תהיה גבוהה מדי או מפוזרת בצורה לא אחידה. כתוצאה מכך, יעילות מחזור הטעינה-פריקה של הסוללה תפחת, וגם ההספק והאנרגיה של הסוללה יושפעו. במקרים חמורים תיגרם בריחה תרמית שתשפיע על בטיחות ואמינות המערכת. בנוסף, בשל הסידור הצפוף של תאי החימום, בהכרח תהיה יותר הצטברות חום באזור האמצע, ופחות אזורי קצה יגדילו את חוסר האיזון בטמפרטורה בין התאים בחבילת הסוללות, וכתוצאה מכך חוסר האיזון בביצועים משפיע בסופו של דבר. העקביות של ביצועי הסוללה והדיוק של הערכת מצב הטעינה של הסוללה (SOC), כמו גם בקרת המערכת של כלי רכב חשמליים.
עקרון העבודה של סוללות ליתיום-יון הוא בעצם תגובת חיזור בין האלקטרודות החיוביות והשליליות הפנימיות לבין האלקטרוליט. בטמפרטורה נמוכה, קצב התגובה של החומר הפעיל המשלב ליתיום על פני האלקטרודה מאט, וריכוז יוני הליתיום בחומר הפעיל יורד, מה שיוביל לירידה בפוטנציאל שיווי המשקל של הסוללה, לעלייה בפנים הפנימיים. התנגדות, וירידה ביכולת הפריקה. בטמפרטורה נמוכה קיצונית, האלקטרוליט קופא ולא ניתן לפרוק את המצבר, מה שישפיע מאוד על ביצועי הטמפרטורה הנמוכה של מערכת המצברים, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי תפוקת הכוח והפחתה בטווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים. בנוסף, בעת טעינה בסביבה בטמפרטורה נמוכה, משקע ליתיום נוצר בקלות על פני האלקטרודה השלילית. הצטברות של מתכת ליתיום על פני האלקטרודה השלילית תנקב את מפריד הסוללה, ותגרום לקצר חשמלי בין האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה, המאיים על בטיחות הסוללה. בטיחות הטעינה בטמפרטורה נמוכה של מערכות מצברים לרכב חשמלי מגבילה מאוד את הקידום של כלי רכב חשמליים באזורים קרים.
לכן, על מנת לשפר את ביצועי הרכב ולמקסם את הביצועים ואת חיי ערכת המצברים, יש צורך לייעל את מבנה ערכת המצברים ולתכנן מערכת ניהול תרמית BTMS שיכולה להתאים לטמפרטורה גבוהה ונמוכה עבור ערכת סוללות של רכבים חשמליים.
