Een van de belangrijkste technologieën voor elektrische voertuigen is de accu. De kwaliteit van de accu bepaalt enerzijds de kosten van elektrische voertuigen en anderzijds de actieradius. Dit is een cruciale factor voor acceptatie en snelle invoering.
Op basis van de gebruikseigenschappen, eisen en toepassingsgebieden van accu's, zijn de onderzoeks- en ontwikkelingstypen in binnen- en buitenland grofweg: loodzuuraccu's, nikkel-cadmiumaccu's, nikkel-metaalhydrideaccu's, lithium-ionaccu's, brandstofcellen, enzovoort. De ontwikkeling van lithium-ionaccu's krijgt hierbij de meeste aandacht.
Warmteontwikkelingsgedrag van de accu
De warmtebron, de warmteproductiesnelheid, de warmtecapaciteit van de batterij en andere gerelateerde parameters van de batterijmodule hangen nauw samen met de aard van de batterij. De warmte die de batterij afgeeft, is afhankelijk van de chemische, mechanische en elektrische eigenschappen van de batterij, met name de aard van de elektrochemische reactie. De warmte-energie die tijdens de batterijreactie vrijkomt, kan worden uitgedrukt als de reactiewarmte Qr; de elektrochemische polarisatie zorgt ervoor dat de werkelijke spanning van de batterij afwijkt van de evenwichts-elektromotorische kracht, en het energieverlies als gevolg van de batterijpolarisatie wordt uitgedrukt als Qp. Naast de batterijreactie die volgens de reactievergelijking verloopt, zijn er ook enkele nevenreacties. Typische nevenreacties zijn onder andere elektrolytontleding en zelfontlading van de batterij. De warmte die bij deze nevenreacties vrijkomt, is Qs. Bovendien, omdat elke batterij onvermijdelijk weerstand heeft, wordt er Joule-warmte Qj gegenereerd wanneer er stroom doorheen loopt. Daarom is de totale warmte van een batterij de som van de warmte van de volgende aspecten: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Afhankelijk van het specifieke laad- (of ontlaad-)proces verschillen de belangrijkste factoren die warmteontwikkeling in de batterij veroorzaken. Bijvoorbeeld, tijdens normaal laden is Qr de dominante factor; in een later stadium van het laden treden er, door de ontbinding van het elektrolyt, nevenreacties op (de warmte die door deze nevenreacties ontstaat is Qs). Wanneer de batterij bijna volledig is opgeladen of overladen is, vindt er voornamelijk elektrolytontleding plaats, waarbij Qs dominant is. De Joule-warmte Qj is afhankelijk van de stroomsterkte en de weerstand. De meest gebruikte laadmethode is met een constante stroomsterkte, waarbij Qj een specifieke waarde heeft. Tijdens het starten en accelereren is de stroomsterkte echter relatief hoog. Bij hybride elektrische voertuigen (HEV's) komt dit overeen met een stroomsterkte van tientallen tot honderden ampère. Op dat moment is de Joule-warmte Qj zeer groot en vormt deze de belangrijkste bron van warmteontwikkeling in de batterij.
Vanuit het perspectief van de beheersbaarheid van thermisch beheer, thermische beheersystemen (HVHThermische beheersystemen kunnen worden onderverdeeld in twee typen: actief en passief. Vanuit het perspectief van het warmteoverdrachtsmedium kunnen thermische beheersystemen worden onderverdeeld in: luchtgekoelde(PTC-luchtverwarmer), vloeistofgekoeld(PTC-koelvloeistofverwarming), en thermische opslag met faseovergang.
Voor warmteoverdracht met koelvloeistof (PTC-koelvloeistofverwarmer) als medium is het noodzakelijk om een warmteoverdrachtsverbinding tot stand te brengen tussen de module en het vloeibare medium, zoals een watermantel, om indirecte verwarming en koeling te bewerkstelligen in de vorm van convectie en warmtegeleiding. Het warmteoverdrachtsmedium kan water, ethyleenglycol of zelfs koelmiddel zijn. Er is ook een directe warmteoverdracht mogelijk door het poolstuk onder te dompelen in de vloeistof van het diëlektricum, maar in dat geval moeten isolatiemaatregelen worden getroffen om kortsluiting te voorkomen.
Passieve koelvloeistofkoeling maakt over het algemeen gebruik van warmte-uitwisseling tussen vloeistof en omgevingslucht, waarna cocons in de accu worden gebracht voor secundaire warmte-uitwisseling. Actieve koeling daarentegen maakt gebruik van warmtewisselaars met motorkoelvloeistof en vloeibaar medium, of PTC-elektrische verwarming/thermische olieverwarming voor primaire koeling. Verwarming en primaire koeling vinden plaats met behulp van koelmiddel in de passagierscabine/airconditioning (vloeibaar medium).
Voor thermische beheersystemen die lucht en vloeistof als medium gebruiken, is de structuur te groot en complex vanwege de noodzaak van ventilatoren, waterpompen, warmtewisselaars, verwarmingselementen, leidingen en andere accessoires. Bovendien verbruikt het te veel batterijenergie en vermindert het de vermogensdichtheid en energiedichtheid van de batterij.
Het watergekoelde accukoelsysteem gebruikt een koelvloeistof (50% water/50% ethyleenglycol) om de warmte van de accu via de accukoeler naar het airconditioningsysteem af te voeren en vervolgens via de condensor naar de omgeving. De temperatuur van het inlaatwater van de accu wordt door de accu verlaagd, waardoor de accu na de warmteoverdracht gemakkelijk een lagere temperatuur bereikt en op de optimale bedrijfstemperatuur kan worden afgesteld. Het werkingsprincipe van het systeem is weergegeven in de afbeelding. De belangrijkste componenten van het koelsysteem zijn: condensor, elektrische compressor, verdamper, expansieventiel met afsluitklep, accukoeler (expansieventiel met afsluitklep) en airconditioningleidingen, enz. Het koelwatercircuit omvat: elektrische waterpomp, accu (inclusief koelplaten), accukoelers, waterleidingen, expansievaten en andere accessoires.
Geplaatst op: 27 april 2023
