ניהול תרמי של סוללות חשמל לרכבי אנרגיה חדשים

ניהול תרמי של סוללות חשמל לרכבי אנרגיה חדשים

1. מצב נוכחי של ניהול תרמי של סוללות כוח לרכבי אנרגיה חדשים

נכון לעכשיו, עם הפופולריות של רכבי אנרגיה חדשים, ניהול תרמי של סוללות כוח הפך לנושא חשוב בתחום זה. הניהול התרמי של סוללת החשמל נועד להבטיח את הבטיחות, היציבות והביצועים של ערכת הסוללות, לשלוט בטמפרטורה במהלך מחזור הטעינה והפריקה של הסוללה, ולשמור על מצב העבודה של הסוללה בסביבות קיצוניות. הניהול התרמי של סוללות כוח ברכבי אנרגיה חדשים כולל בעיקר טכנולוגיות כגון מערכות קירור וחימום אקטיביות, מערכות ניצול חום, מערכות ניהול תרמיות של סוללות ומערכות ניטור ובקרה של טמפרטורה. מערכות ניהול תרמיות של סוללות כוח מסורתיות משתמשות בדרך כלל בקירור נוזלי או בקירור אוויר כדי לפזר חום דרך מדיה מוליכת חום כדי לשלוט בטמפרטורת הסוללה. עם זאת, עם החידוש המתמשך של הטכנולוגיה, טכנולוגיות חדשות לניהול תרמי הוצגו בהדרגה, כגון שימוש בחומרים לשינוי פאזה, שיפור של מדיה מוליכת חום ואופטימיזציה מבנית, כדי לשפר את יעילות פיזור החום ולהפחית את עליית הטמפרטורה של הספק סוללות. במקביל, פותחו במהירות גם מערכות ניטור ובקרה טמפרטורה חכמות, שיכולות לנטר את טמפרטורת הסוללה בזמן אמת ולשמור על הסוללה בטווח טמפרטורת הפעולה האופטימלית על ידי שליטה במערכת פיזור החום או מערכת החימום. בנוסף, גם פיתוח מערכות ניצול חום משך תשומת לב רבה, במטרה לנצל ביעילות את פסולת החום שנוצרת מהסוללה ולשפר את יעילות ניצול האנרגיה של הרכב כולו. למרות שטכנולוגיית הניהול התרמי של סוללות חשמל עבור רכבי אנרגיה חדשים התקדמה משמעותית, היא עדיין מתמודדת עם כמה אתגרים. לכן, יש צורך לערוך מחקר מעמיק על ניהול תרמי של סוללות כוח לרכבי אנרגיה חדשים מהיבטים רבים כגון חומרים, מבנה ובקרה כדי לענות טוב יותר על צורכי הפיתוח של רכבי אנרגיה חדשים.

2. יש בעיות בניהול תרמי של סוללות חשמל ברכבי אנרגיה חדשים

למרות שהניהול התרמי של סוללות חשמל עבור רכבי אנרגיה חדשים השיג התפתחות מסוימת, יש גם כמה בעיות דחופות שצריך לפתור, כמו תכנון ניהול תרמי לא מושלם של תאים בודדים, יש לייעל את מבנה פיזור החום של מערכת הסוללות, וכן לאסטרטגיית הבקרה של מערכת הניהול התרמי יש רמה נמוכה של אינטליגנציה. בהקשר זה, יש צורך לייעל את העיצוב התרמי של הסוללה, את מבנה פיזור החום של המערכת ואסטרטגיית הבקרה כדי להשיג ניהול תרמי יעיל יותר ולהבטיח שהסוללה פועלת בטווח הטמפרטורות האופטימלי.

2.1 תכנון ניהול תרמי לא מושלם של תאים בודדים

התכנון של מערכת הניהול התרמי של סוללות חשמל עבור רכבי אנרגיה חדשים הוא קריטי, אך עדיין יש כמה בעיות, במיוחד בניהול תרמי של תאים בודדים.

ראשית, יש בעיה של אחידות טמפרטורה לא מספקת בתכנון הניהול התרמי של תאים בודדים. מכיוון שמארזת הסוללות מורכבת ממספר תאים בודדים, תאים בודדים אלו ייצרו חום במהלך תהליך הטעינה והפריקה. אם לא ניתן לפזר את החום בזמן ובאופן שווה, זה יגרום לטמפרטורה המקומית של הסוללה לעלות וליצור נקודות חמות. אפקט נקודה חמה זו לא רק ישפיע על יעילות העבודה של הסוללה, אלא עשוי גם להאיץ את הזדקנות הסוללה ואף לגרום לסכנות בטיחותיות. יחד עם זאת, מורכבות המבנה הפנימי של הסוללה ושינוי הפער בין התאים הבודדים יהפכו את פיזור החום לא אחיד. קשה לתכנון הניהול התרמי הנוכחי לפתור בעיה זו לחלוטין, במיוחד תחת עומס גבוה או סביבה קיצונית.

שנית, בעיית ההתאמה של מהירות תגובה תרמית וקיבולת תרמית של תאים בודדים היא גם אתגר מרכזי בתכנון ניהול תרמי. מערכת ניהול תרמית אידיאלית עבור סוללות חשמל של רכבי אנרגיה חדשים אמורה להיות מסוגלת להגיב במהירות לשינויים בחום שנוצר על ידי הסוללה ולהיות בעלת קיבולת תרמית מספקת לקלוט או לשחרר אנרגיה תרמית כדי להבטיח את יציבות טמפרטורת המצבר. עם זאת, כאשר סוללת החשמל פועלת בסביבה עם טעינה ופריקה מהירה, פריקה בקצב גבוה או תנודות טמפרטורה גדולות, לעיתים קרובות קשה להגיב במהירות ולניהול יעיל של מערכת הניהול התרמית. במיוחד כאשר תכנון הסוללה רודף צפיפות אנרגיה גבוהה, ביצועי התגובה התרמית ותצורת הקיבולת התרמית של מערכת הניהול התרמית חשובים במיוחד, אך קשה לתכנונים קיימים למצוא איזון מושלם בין קל משקל ליעילות גבוהה. זה עשוי להשפיע על חיי המחזור וביצועי הבטיחות של סוללת החשמל.

2.2 יש לייעל את מבנה פיזור החום של מערכת הסוללות

קיימת בעיה בניהול התרמי של סוללות כוח של רכבי אנרגיה חדשים שיש לייעל את מבנה פיזור החום של מערכת המצברים. נכון להיום, למבנה פיזור החום של מערכת סוללות החשמל יש אתגרים בהתמודדות עם סביבות טמפרטורות גבוהות וטעינה ופריקה מהירה. הוא ניזוק בקלות בסביבות טמפרטורות גבוהות, וטמפרטורה מופרזת תאיץ את הזדקנות הסוללה ותפחית את ביצועיה. יחד עם זאת, טעינה ופריקה מהירה תייצר חום רב, ולעתים קרובות מערכות פיזור חום מסורתיות אינן יכולות לפזר חום ביעילות במקרה זה, וכתוצאה מכך עליית טמפרטורה מהירה מדי של הסוללה. בנוסף, מבנה פיזור החום של מערכת הסוללות אינו מספיק מבחינת אפקט פיזור החום ואחידות פיזור החום של ערכות סוללות בעלות קיבולת גדולה. עם התפתחותם של רכבי אנרגיה חדשים, קיבולת הסוללה ממשיכה לגדול, ובעיית פיזור החום של מארזי סוללות בעלות קיבולת גדולה הופכת יותר ויותר בולטת. מבנה פיזור החום המסורתי לרוב אינו יכול לכסות באופן מלא את כל ערכת הסוללות, וכתוצאה מכך טמפרטורות גבוהות מדי באזורים מסוימים וטמפרטורות נמוכות מדי באזורים אחרים, וכתוצאה מכך פיזור חום לא אחיד. פיזור חום לא אחיד זה יגרום להפרש הטמפרטורה של התאים הבודדים בתוך ערכת הסוללות להיות גדול מדי, וישפיע על ביצועי הטעינה והפריקה של הסוללה ועל חיי השירות.

2.3 רמה נמוכה של אינטליגנציה של אסטרטגיית בקרת מערכת הניהול התרמית

ראשית, לאסטרטגיית הבקרה יש מגבלות מסוימות. נכון לעכשיו, מערכת הניהול התרמי של סוללת החשמל של רכבי אנרגיה חדשים מאמצת בעיקר את אסטרטגיית בקרת סף הטמפרטורה המסורתית, כלומר, הפעלת פיזור חום או אמצעי קירור על ידי קביעת מגבלות טמפרטורה סטטיות עליונות ונמוכות. עם זאת, אסטרטגיית בקרה סטטית זו אינה יכולה להתאים באופן מלא לדרישות הניהול התרמי של הסוללה בתנאי עבודה ותנאי סביבה שונים. לדוגמה, בסביבת טמפרטורה גבוהה, אסטרטגיית בקרת סף הטמפרטורה המסורתית עשויה להיות שמרנית מדי, וכתוצאה מכך הפעלה תכופה של אמצעי פיזור חום, המשפיעים על יעילות ניצול האנרגיה של הסוללה. בסביבת טמפרטורה נמוכה, ייתכן שאסטרטגיית הבקרה המסורתית לא תוכל להתחיל את אמצעי החימום בזמן, מה שמשפיע על הביצועים וחיי השירות של הסוללה.

שנית, מידת האינטליגנציה בעיבוד נתונים וקבלת החלטות מוגבלת. למרות שמערכות ניהול תרמיות של סוללות חשמל משתמשות בחיישנים ויחידות בקרה לניטור והתאמת נתונים, עדיין קיימות מגבלות בעיבוד הנתונים ובקבלת ההחלטות. לדוגמה, במערכות ניהול תרמי, עבור מאפיינים תרמיים מורכבים של סוללה ותנאי סביבה, כגון חלוקת טמפרטורה פנימית של הסוללה, קצב טעינה, טמפרטורת הסביבה וכו', יכולות עיבוד הנתונים של מערכות קיימות מוגבלות, ואי אפשר לכרות במלואו. ולהשתמש בנתונים אלה כדי לייעל אסטרטגיות ניהול תרמי. בנוסף, יכולות קבלת ההחלטות של מערכות ניהול תרמיות קיימות מוגבלות יחסית, ולא ניתן לבצע אופטימיזציה מקיפה בהתבסס על פרמטרים ותנאים מרובים, וכתוצאה מכך דיוק והתאמה מוגבלת של אסטרטגיות בקרה.