Дулааны удирдлагын систем гэж юу вэ?

Дулааны удирдлагын систем гэж юу вэ?

Температурын батерейны үйл ажиллагаанд үзүүлэх нөлөөлөл, батерейны цахилгаан химийн шинж чанар, дулаан үүсгэх механизмтай хослуулан, тодорхой батерейны цэнэглэх/гасах температурын оновчтой мужид үндэслэсэн батерейны дулааны удирдлага нь батерейг ажиллуулах явцад хэт өндөр эсвэл бага температураас үүсэх дулааны алдагдал эсвэл дулааны алдагдлын асуудлыг шийдвэрлэх технологи юм. Энэ нь оновчтой дизайны тусламжтайгаар хийгддэг бөгөөд материал судлал, цахилгаан хими, дулаан дамжуулалт, молекулын динамик болон бусад салбаруудад тулгуурладаг. Ашиглалтын температурын боломжийн хязгаарыг хадгалах нь батерейг сайн ажиллагаатай байлгахад зайлшгүй шаардлагатай. Тиймээс литийн -ионы батерейны дулааны удирдлагын оновчтой схемийг зохиох нь батерейны системийн ерөнхий гүйцэтгэлийг сайжруулахад чухал ач холбогдолтой юм.

Батерейны дулааны удирдлагын систем нь дараах таван үндсэн үүрэгтэй: ① зайны температурыг үнэн зөв хэмжих, хянах; ② батерейны температур хэт өндөр байх үед үр дүнтэй дулаан ялгаруулах, агааржуулалт; ③ бага-температурын нөхцөлд хурдан халаах; ④ хортой хий үүсэх үед үр дүнтэй агааржуулалт; ба ⑤ зайны багц дотор температурын жигд хуваарилалтыг хангах.

Өндөр хүчин чадалтай батерейны дулааны удирдлагын систем нь-загварт системчилсэн арга барилыг шаарддаг. Одоогийн байдлаар дулааны удирдлагын системийг зохион бүтээх олон аргачлалууд байдаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг батерейны дулааны удирдлагын систем нь АНУ-ын Сэргээгдэх эрчим хүчний үндэсний лаборатори (NREL) зохион бүтээсэн бөгөөд дизайны үйл явц нь долоон үе шатаас бүрдэнэ.

1) Дулааны удирдлагын системийн өөрийн-калибр болон шаардлагыг тодорхойлох. Батерейны температурын шинж чанар болон ажиллах температурын тохиромжтой мужид үндэслэн дулааны удирдлагын системийн удирдлагын автомат-калибрийг тодорхойлно. Жишээлбэл, литийн ион батерейны ажиллахад тохиромжтой температур нь 10~40 градус, бага-температурын хязгаар 0 градус, өндөр{10}}температурын хязгаар нь 45 градус байна. Тиймээс дулааны удирдлагын системийн загвар нь батерейны хэт өндөр температурт нийцэхийн зэрэгцээ батерейны ажиллах температурын тохиромжтой шаардлагыг хангахыг хичээх ёстой.

2) Модулийн дулааны үйлдвэрлэл, дулааны багтаамжийг хэмжих буюу тооцоолох. Батерейны цэнэгийн- цэнэгийн туршилт, батерейны хувийн дулаан багтаамж дээр үндэслэн загварчлалын тооцоогоор дамжуулан дулааны зарцуулалт эсвэл халаалтын хүчийг тодорхойлно.

3) Дулааны удирдлагын тогтолцооны эхний үнэлгээ, үүнд дулаан зөөгчийг сонгох, дулаан ялгаруулах бүтцийг төлөвлөх. Ерөнхийдөө зайны хөргөлтийг агаарын хөргөлт эсвэл шингэн хөргөлтөөр хийдэг. Агаар хөргөх систем нь бүтцийн хувьд харьцангуй энгийн боловч үр ашиггүй; шингэн хөргөлтийн системүүд нь бүтцийн хувьд нарийн төвөгтэй боловч өндөр үр ашигтай байдаг. Мөн эргэлтийн халуун агаарын халаалт, шингэний урсгалын халаалт, дулааны эх үүсвэрээс шууд дулааны цацрагаар халаах гэх мэт халаалтын аргуудын янз бүрийн хэлбэрүүд байдаг.

4) Модуль болон батерейны дулааны үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах. Зайны багцын ашиглалтын нөхцөл дээр үндэслэн хэрэглээний явцад дулаан ялгаруулах, халаах шаардлагыг урьдчилан тооцоолж, үнэлнэ.

5) Дулааны удирдлагын системийн урьдчилсан зураг төсөл. Тодорхойлсон дулааны орчин ба дулааны төлөв байдлын үнэлгээний үр дүнд үндэслэн дулааны удирдлагын системийн зарчим, инженерийн дизайныг хийнэ.

6) Дулааны удирдлагын системийг зохион бүтээх, турших. Батерейны -батарейны{2}}батарейны дулааны удирдлагын системийг багасгаж эсвэл бүрэн хэмжээгээр нь- үйлдвэрлэж, туршилтын вандан дээр загварчилсан бодит үйлдлийн нөхцөлд дулааны удирдлагын системийн үр нөлөөг шалгана.

7) Дулааны удирдлагын системийг оновчтой болгох. Туршилтын үр дүнд үндэслэн дулааны удирдлагын системийг сайжруулж, оновчтой болгох.

Батерей нь дулаан дамжуулагч биш юм. Зөвхөн гадаргуугийн температурын хуваарилалтыг мэдэх нь батерейны дотоод дулааны төлөвийг бүрэн ойлгоход хангалтгүй юм. Математик загвар ашиглан дотоод температурын талбарыг тооцоолох, батерейны дулааны үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах нь батерейны дулааны удирдлагын системийг зохион бүтээхэд зайлшгүй шаардлагатай алхам юм. Одоогийн байдлаар үндсэн математик загваруудад хоёр хэмжээст ба гурван хэмжээст-хэмжээст загварууд багтаж байна. Эдгээрийн дотроос гурван хэмжээст загвар нь маш сайн нарийвчлал, дасан зохицох чадвараас шалтгаалан олон тооны батерейны дулааны удирдлагын системд өргөн хэрэглэгддэг. Загвар нь дараах байдалтай байна.

Battery Thermal Field Calculation and Temperature Prediction

Т бол температур;

ρ нь дундаж нягтрал;

c_p нь батерейны хувийн дулаан багтаамж;

λ_x, λ_y, λ_z нь x, y, z чиглэлийн зайны дулаан дамжилтын илтгэлцүүр;

q - нэгж эзэлхүүн дэх дулаан үйлдвэрлэх хурд.

Батерейны хайрцаг доторх өөр өөр батерейны модулиудын температурын зөрүү нь батерейны дотоод эсэргүүцэл ба хүчин чадлын үл нийцэлийг нэмэгдүүлдэг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ нь зарим батерейг -цэнэглэж, цэнэггүй болгож, ашиглалтын хугацаа болон гүйцэтгэлд нь нөлөөлж, аюулгүй байдалд аюул учруулж болзошгүй. Зайны хайрцаг доторх батерейны модулиудын температурын зөрүү нь зайны багцын зохион байгуулалттай нягт холбоотой. Ерөнхийдөө дунд хэсэгт байрлах батерейнууд дулааныг хуримтлуулах хандлагатай байдаг бол ирмэг дээр байгаа батерейнууд дулааныг илүү сайн тараадаг. Тиймээс батерейны бүтэц, дулаан ялгаруулалтыг төлөвлөхдөө дулааны жигд тархалтыг хангах нь маш чухал юм. Агаарын хөргөлтийн жишээг авч үзвэл дулааны жигд тархалтыг хангахын тулд агааржуулалтын хоёр арга байдаг: цуваа ба зэрэгцээ. Агаарын урсгалын загвар нь шингэний механик ба аэродинамикийн үндсэн зарчмуудыг баримтлах ёстой.

Зайны дулааны удирдлагын системийг зохион бүтээхдээ сэнсний төрөл, хүч, температур мэдрэгчийн тоо, хэмжилтийн цэгүүдийн байршлыг сайтар сонгох хэрэгтэй.

Агаарын хөргөлтийг жишээ болгон авч үзвэл, хөргөлтийн системийг зохион бүтээхдээ тодорхой хөргөлтийн үр нөлөөг хангахын зэрэгцээ сэнсний дуу чимээ, эрчим хүчний хэрэглээг багасгахын тулд урсгалын эсэргүүцлийг багасгах хэрэгтэй бөгөөд ингэснээр системийн нийт үр ашгийг дээшлүүлнэ. Туршилт, онолын тооцоо, шингэний динамик (CFD) аргуудыг ашиглан даралтын уналт, урсгалын хурдыг тооцоолох замаар сэнсний эрчим хүчний хэрэглээг тооцоолж болно. Урсгалын эсэргүүцэл бага байх үед тэнхлэгийн урсгалын сэнсийг авч үзэж болно; урсгалын эсэргүүцэл өндөр байвал төвөөс зугтах сэнс илүү тохиромжтой. Мэдээжийн хэрэг, сэнсний эзэлдэг зай, түүний өртөгийг бас анхаарч үзэх хэрэгтэй. Сэнсний хяналтын оновчтой стратегийг олох нь дулааны удирдлагын системийн нэг үүрэг юм.

Schematic diagram of temperature measurement points in the battery box

Зайны хайрцаг доторх батерейны температурын хуваарилалт ерөнхийдөө жигд бус байдаг тул температурын чухал цэгүүдийг тодорхойлохын тулд янз бүрийн нөхцөлд батерейны дулааны талбайн хуваарилалтыг мэдэх шаардлагатай. Илүү олон температур мэдрэгч нь температурын хэмжилтийг илүү өргөн хүрээнд хийх боловч системийн өртөг, нарийн төвөгтэй байдлыг нэмэгдүүлдэг. Инженерийн тодорхой нөхцөл байдлаас шалтгаалан онолын хувьд хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээ, туршилтын хэт улаан туяаны дулааны дүрслэл эсвэл бодит{2}}цаг хугацааны олон{3}} цэгийн температурын хяналтыг ашиглан батерейны багц, батерейны модулиуд болон бие даасан эсийн дулааны талбайн тархалтыг шинжлэх, хэмжих, температурыг хэмжих цэгүүдийн тоог тодорхойлох, өөр өөр газар тохиромжтой цэгүүдийг олох боломжтой. Температурын хэмжилтийн нарийвчлал, тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд ерөнхий загвар нь температур мэдрэгчийг хөргөх агаарын урсгалд өртөхгүй байх ёстой. Зайг зохион бүтээхдээ температур мэдрэгчийг байрлуулах зайг хадгалах хэрэгтэй; жишээлбэл, тохиромжтой газруудад тохиромжтой нүхийг төлөвлөж болно. Тоёотагийн Приус эрлийз цахилгаан машины аккумулятор нь 228 ширхэг тусдаа үүртэй бөгөөд температурын хяналтыг 5 температур мэдрэгчээр гүйцэтгэдэг. Бээжингийн Технологийн Хүрээлэнгийн зохион бүтээсэн цахилгаан автобусны эрчим хүчний батарейны систем нь нэг хайрцагт температур хэмжих 6 цэгийг ашигладаг (Зураг 8-16a-ийн дугуйлсан хэсгийг үзнэ үү), батерейны хайрцгийн эерэг ба сөрөг терминал, цахилгаан дамжуулах шугамын гаралтын цэгүүдэд байрлуулсан бөгөөд Зураг 8-16-д үзүүлэв.

Дулаан зөөвөрлөгч дээр үндэслэн батерейны дулааны удирдлагын системийн хөргөлтийг агаарын хөргөлт, шингэн хөргөлт, фазын өөрчлөлтийн материалын хөргөлт гэсэн гурван төрөлд хувааж болно. Материалын судалгаа, боловсруулалт, үйлдвэрлэлийн зардлыг харгалзан үзэхэд хамгийн үр дүнтэй бөгөөд түгээмэл хэрэглэгддэг дулаан ялгаруулах систем нь одоогоор агаарыг дулаан түгээгч болгон ашиглаж байна.

Дулаан ялгаруулах агаарын урсгалын бүтцэд үндэслэн агаарын хөргөлтийн системийг 8-17, 8-18-р зурагт үзүүлснээр дараалсан агааржуулалт ба зэрэгцээ агааржуулалт гэсэн хоёр төрөлд хувааж болно.

Цуврал тохиргоонд агаар ихэвчлэн дулааныг арилгахын тулд батерейны нэг талаас нөгөө тал руу урсдаг. Гэсэн хэдий ч энэ агаарын урсгал нь дулааныг өмнө нь дайран өнгөрдөг хэсгүүдээс хожим нь дамждаг хэсгүүдэд дамжуулж, температурын зөрүү, температурын мэдэгдэхүйц ялгааг үүсгэдэг. Зэрэгцээ тохиргоонд модулиудын хоорондох агаарын урсгал нь босоо байдлаар дээшилж, агаарыг жигд хуваарилж, батерейны бүхэл бүтэн дулааны тогтмол тархалтыг хангана.

Дулааны удирдлагын системийг дотоод халаалт эсвэл хөргөх төхөөрөмжтэй эсэхээс хамааран идэвхгүй болон идэвхтэй систем гэж ангилж болно. Идэвхгүй системүүд нь хямд бөгөөд энгийн дэд бүтэц шаарддаг; Идэвхтэй системүүд нь илүү төвөгтэй бөгөөд илүү их нэмэлт хүч шаарддаг боловч илүү сайн гүйцэтгэлийг санал болгодог.

Зураг 8-19, 8-20, 8-21-д идэвхтэй ба идэвхгүй агаар халаах, дулаан ялгаруулах байгууламжийн бүдүүвч диаграммыг тус тус үзүүлэв.

Thermal Management System Design and Implementation

8-19, 8-20-р зурагт машины агааржуулагч эсвэл халаалтын системээр агаарыг хөргөж, халааж байсан ч энэ нь идэвхгүй систем гэж тооцогддог. Энэхүү идэвхгүй системээр орж ирж буй орчны агаарын температурын тогтворгүй байдлаас шалтгаалан дулааны зөв зохицуулалтыг хийхийн тулд орчны агаар тодорхой температурын хүрээнд (10-35 градус) ажиллах ёстой. Хэт хүйтэн эсвэл халуун нөхцөлд ажиллах нь зайны багцад илүү жигд бус байдлыг үүсгэж болзошгүй.

Халаалтын системд халуун агаарыг зайны хайрцагт оруулахаас гадна 8-22~8-25-р зурагт үзүүлсэн (призматик батерейны хувьд) өөр аргыг ашиглаж болно.

Other heating methods