מערכת ניהול תרמי סוללה (BTMS)
מערכת הניהול התרמית של הסוללות (BTMS) היא אחת ממערכות הליבה של רכב חשמלי, המשפיעה ישירות על הבטיחות, הביצועים ותוחלת החיים של הרכב כולו.
I. מדוע סוללות זקוקות לניהול תרמי
סוללות מתח, במיוחד סוללות ליתיום-יון, תלויות מאוד בטמפרטורת העבודה עבור הביצועים, תוחלת החיים והבטיחות שלהן.
טווח פעולה אופטימלי
טווח טמפרטורת ההפעלה האידיאלי עבור סוללות הוא בדרך כלל בין 15 מעלות ל-40 מעלות, כאשר הטווח האופטימלי הוא בערך 20 מעלות עד 35 מעלות.
סכנות בטמפרטורה גבוהה
טמפרטורות גבוהות מדי (למשל, העולה על 60 מעלות) מאיצות את דעיכת קיבולת הסוללה, מגבירות את ההתנגדות הפנימית, ובמקרים קיצוניים, עשויות לעורר בריחה תרמית, להוביל לשריפה ולפיצוץ.
סכנות בטמפרטורה נמוכה
טמפרטורות נמוכות מדי מפחיתות את קצב התגובות הכימיות הפנימיות בתוך הסוללה, וכתוצאה מכך ירידה חדה בקיבולת ובתפוקת הכוח, קשיי טעינה, וייתכן שקיעת ליתיום, הפוגעת בסוללה.
סכנות בהפרשי טמפרטורה
חלוקת טמפרטורה לא אחידה (הפרש טמפרטורה מופרז) בין תאים או מודולים בתוך ערכת הסוללות מובילה לביצועים לא עקביים, מאיצה את ההזדקנות של ערכת הסוללות כולה ומגבילה את הקיבולת השימושית שלה.
לכן, מערכת ניהול תרמית יעילה שואפת לשמור על טמפרטורת הסוללה בתוך החלון האופטימלי שלה ולמזער את הפרש הטמפרטורה המקסימלי בתוך ערכת הסוללות (באופן אידיאלי פחות או שווה ל-3 מעלות).
II. כיצד פועלת המערכת התרמית
מערכת הניהול התרמית הנוזלית משתמשת בנוזל קירור במחזור כתווך לפיזור חום או חימום הסוללה.
פונקציית קירור
ספיגת חום: מונע על ידי משאבה חשמלית, נוזל הקירור זורם דרך לוחות קירור נוזלי בתוך ערכת הסוללות (בדרך כלל במגע עם מודולי הסוללה), וסופג את החום שנוצר מהסוללה.
פיזור חום: נוזל הקירור בטמפרטורה-גבוהה, לאחר שספג חום, נשאב אל הרדיאטור הקדמי (מקורר באוויר) או מחליף חום עם מערכת מיזוג האוויר של הרכב (באמצעות מחליף חום צ'ילרי), ומפזר את החום לאוויר החיצוני.
מחזור: נוזל הקירור המקורר זורם בחזרה לתוך ערכת הסוללות, מתחיל במחזור הבא.
פונקציית חימום
כאשר טמפרטורת הסוללה נמוכה מדי, המערכת יכולה לחמם את נוזל הקירור באמצעות מחמם PTC (תרמיסטור מקדם טמפרטורה חיובי).
נוזל הקירור המחומם זורם דרך לוחות הקירור הנוזליים, ומתנהג כמו "בקבוק מים חמים" לחימום הסוללה.
כמה מערכות מתקדמות יכולות גם לנצל פסולת חום שנוצרה על ידי מערכת ההנעה החשמלית, לשחזר אותו באמצעות מחליפי חום צלחות לחימום הסוללה, ובכך לשפר את יעילות האנרגיה.
III. רכיבים מרכזיים של המערכת
מערכת ניהול תרמית נוזלית טיפוסית מורכבת בעיקר מהרכיבים הבאים:
לוח קירור נוזלי: רכיב חילופי החום הליבה במגע ישיר עם מודול הסוללה, עשוי בדרך כלל מאלומיניום עם עיצוב ערוץ זרימה פנימי. העיצוב שלו חייב לאזן בין כוח פיזור חום, אמינות וקל משקל.
נוזל קירור: דורש מוליכות תרמית גבוהה, בידוד (למניעת קצרים), צמיגות נמוכה, טווח טמפרטורות עבודה רחב ותאימות חומרים טובה. נעשה שימוש נפוץ בתערובות מים של אתילן גליקול- (היחס מותאם בהתאם לדרישות האנטיפריז), אם כי לעתים משתמשים גם באלכוהולים אורגניים טהורים ובנוזלים דיאלקטריים אחרים.
משאבה חשמלית: מספקת את הכוח למחזור נוזל קירור. המהירות שלו ניתנת לרוב להתאמה כדי להשיג-היצע לפי דרישה ולהפחתת צריכת האנרגיה.
מחליף חום (Chiller): מחליף חום המחבר את מעגל נוזל הקירור ומעגל הקירור של מיזוג האוויר, המשמש לשיפור הקירור.
רדיאטור: ממוקם בקדמת הרכב, הוא מפזר חום מנוזל הקירור דרך זרימת האוויר.
מחליף חום צלחות: משמש להחלפת חום בין מעגלים שונים, כגון לשחזור חום פסולת.
מחמם PTC: מכשיר המחמם את נוזל הקירור כאשר נדרש חימום.
גוף שסתום (למשל, שסתום תלת-, שסתום סולנואיד): שולט בכיוון הזרימה של נוזל הקירור, המאפשר מעבר בין מצבים שונים (למשל, מעבר בין מצבי קירור וחימום, או בין מקורות חום שונים).
מאגר: מפצה על התרחבות והתכווצות נוזל הקירור עקב שינויי טמפרטורה, ומקל על מילוי ודימום.
חיישנים ויחידת בקרה: חיישני טמפרטורה עוקבים אחר טמפרטורת הסוללה ונוזל הקירור בזמן אמת. בקר הניהול התרמי של מערכת ניהול הסוללות (BMS) הוא המוח, השולט בצורה חכמה את פעולתם של מפעילים כגון משאבות, מחממי PTC, שסתומים ומדחסי מיזוג אוויר בהתבסס על אותות טמפרטורה ומצב הרכב באמצעות אלגוריתמים.
