טכנולוגיות נפוצות לניהול תרמי של סוללות
עבור רכבי אנרגיה חדשים
מערכת הקירור של רכבי אנרגיה חדשים מורכבת בדרך כלל משלושה חלקים: מערכת סירקולציית קירור סוללה, מערכת מחזור קירור מבוקרת אלקטרונית של מנוע ומערכת מחזור אוויר חם של מיזוג אוויר. 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.
1. סוג קירור ישיר
המכונה טכנולוגיית הקירור הישיר של הסוללה, מערכת הקירור הישיר כוללת מאייד קירור מובנה בתוך הסוללה והיא מחוברת למערכת מיזוג האוויר באמצעות צינורות. כשצריך לקרר את המצבר, משתמשים במדחס כדי לשלוח את נוזל הקירור הדחוס למאייד שבתוך המצבר ולאחר מכן להוציא את המצבר. חום פנימי משיג אפקט קירור. למערכת יש את היתרונות של מבנה קומפקטי, אפקט קירור טוב, מספר קטן של חלקים (נדרש רק צינור קירור כניסה אחד ויציאה אחד) ומשקל קל. עם זאת, החסרונות של מערכת זו הם בכך שאינה יכולה לחמם את הסוללה בתנאי טמפרטורה נמוכה מתחת לאפס, המים המעובה הנוצרים 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 כמו BYD וטסלה בשוק. זהו מסלול טכני מרכזי בעתיד, כפי שמוצג באיור 1.
2. סוג קירור מים רדיאטור
מעגל הקירור של הרדיאטור הוא מעגל עצמאי, המורכב מרדיאטור, משאבת מים אלקטרונית, דוד וכו', עם חומר מונע קפיאה. 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 בסביבות אקלים בטמפרטורות גבוהות בקיץ, והיא אינה יכולה לעמוד בתנאי ההפעלה בסביבות טמפרטורות גבוהות, כפי שמוצג באיור 2.
3. 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 הקודמים. 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 נכשל, לא ניתן לספק את צורכי הקירור של הסוללה במידה המרבית, ראה איור 3.
4. 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 ויש לה טכנולוגיה בוגרת, כפי שמוצג באיור 4.
5. 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, ראה איור 5.
