Thermisch beheer van de batterij
Tijdens het gebruik van een accu heeft de temperatuur een grote invloed op de prestaties. Een te lage temperatuur kan leiden tot een scherpe daling van de accucapaciteit en het vermogen, en zelfs tot kortsluiting. Het belang van thermisch beheer van accu's wordt steeds groter, omdat een te hoge temperatuur kan leiden tot ontbinding, corrosie, brand of zelfs een explosie. De bedrijfstemperatuur van een accu is een cruciale factor voor de prestaties, veiligheid en levensduur. Een te lage temperatuur leidt tot een afname van de accuactiviteit, met als gevolg een verminderde laad- en ontlaadcapaciteit en een scherpe daling van de accucapaciteit. Uit een vergelijking bleek dat bij een temperatuur van 10 °C de ontlaadcapaciteit 93% bedroeg van die bij normale temperatuur; bij een temperatuur van -20 °C was dit echter slechts 43%.
Onderzoek van Li Junqiu en anderen toonde aan dat, vanuit veiligheidsoogpunt, te hoge temperaturen de nevenreacties van de batterij versnellen. Bij temperaturen rond de 60 °C zullen de interne materialen/actieve stoffen van de batterij ontbinden, wat leidt tot "thermische runaway". Dit veroorzaakt een plotselinge temperatuurstijging tot wel 400-1000 °C, met brand en explosie tot gevolg. Bij te lage temperaturen moet de laadsnelheid van de batterij lager worden gehouden, anders kan het lithium in de batterij ontbinden en een interne kortsluiting veroorzaken die tot brand kan leiden.
Vanuit het oogpunt van batterijduur is de invloed van temperatuur op de levensduur van de batterij niet te negeren. Lithiumafzetting in batterijen die gevoelig zijn voor opladen bij lage temperaturen zorgt ervoor dat de levensduur van de batterij tientallen keren sneller afneemt. Hoge temperaturen hebben een grote invloed op de kalenderlevensduur en de levensduur in laadcycli van de batterij. Uit onderzoek blijkt dat bij een temperatuur van 23 ℃ de kalenderlevensduur van een batterij met 80% resterende capaciteit ongeveer 6238 dagen is, maar bij een temperatuur van 35 ℃ is deze slechts ongeveer 1790 dagen en bij 55 ℃ is de kalenderlevensduur van ongeveer 6238 dagen nog maar 272 dagen.
Momenteel is thermisch beheer van batterijen, vanwege kosten- en technische beperkingen, (BTMSDe toepassing van geleidende media is niet uniform en kan worden onderverdeeld in drie belangrijke technische richtingen: luchtkoeling (actief en passief), vloeistofkoeling en faseveranderingsmaterialen (PCM). Luchtkoeling is relatief eenvoudig, kent geen lekkagerisico en is economisch. Het is geschikt voor de initiële ontwikkeling van LFP-batterijen en kleine auto's. Vloeistofkoeling heeft een beter effect dan luchtkoeling, maar is duurder. In vergelijking met lucht heeft een vloeistofkoelmedium een grote soortelijke warmtecapaciteit en een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt, wat het technische tekort van de lage efficiëntie van luchtkoeling effectief compenseert. Het is momenteel de belangrijkste optimalisatie voor personenauto's. Zhang Fubin wees in zijn onderzoek op het voordeel van vloeistofkoeling, namelijk de snelle warmteafvoer, wat een uniforme temperatuur van het accupakket garandeert en geschikt is voor accupakketten met een hoge warmteproductie; de nadelen zijn de hoge kosten, de strenge eisen aan de verpakking, het risico op vloeistoflekkage en de complexe structuur. Faseveranderingsmaterialen hebben zowel een hoge warmteoverdrachtsefficiëntie als kostenvoordelen en lage onderhoudskosten. De huidige technologie bevindt zich nog in het laboratoriumstadium. De technologie voor thermisch beheer met behulp van faseveranderingsmaterialen is nog niet volledig ontwikkeld en vormt de meest veelbelovende ontwikkelingsrichting voor thermisch beheer van batterijen in de toekomst.
Over het algemeen is vloeistofkoeling momenteel de meest gangbare technologie, voornamelijk vanwege:
(1) Enerzijds hebben de huidige gangbare ternaire batterijen met een hoog nikkelgehalte een slechtere thermische stabiliteit dan lithium-ijzerfosfaatbatterijen, een lagere thermische runaway-temperatuur (ontledingstemperatuur: 750 °C voor lithium-ijzerfosfaat, 300 °C voor ternaire lithiumbatterijen) en een hogere warmteproductie. Anderzijds elimineren nieuwe lithium-ijzerfosfaattechnologieën zoals BYD's blade-batterij en Ningde era CTP modules, verbeteren ze het ruimtegebruik en de energiedichtheid, en bevorderen ze de verschuiving van luchtkoeling naar vloeistofkoeling voor het thermisch beheer van batterijen.
(2) Onder invloed van de richtlijnen voor de vermindering van subsidies en de bezorgdheid van consumenten over de actieradius, blijft de actieradius van elektrische voertuigen toenemen, en worden de eisen aan de energiedichtheid van batterijen steeds hoger. De vraag naar vloeistofkoelingstechnologie met een hogere warmteoverdrachtsefficiëntie is toegenomen.
(3) De modellen ontwikkelen zich in de richting van midden- tot hoogwaardige modellen, met een voldoende budget, gericht op comfort, een lage fouttolerantie van componenten en hoge prestaties, en de vloeistofkoelingsoplossing sluit beter aan bij de eisen.
Of het nu een traditionele auto of een elektrische auto betreft, de vraag van consumenten naar comfort neemt steeds meer toe, waardoor thermische managementtechnologie in de cockpit bijzonder belangrijk is geworden. Wat koelmethoden betreft, worden elektrische compressoren gebruikt in plaats van gewone compressoren, en worden accu's meestal gekoppeld aan airconditioningsystemen. Traditionele voertuigen maken voornamelijk gebruik van het tuimelschijftype, terwijl elektrische auto's voornamelijk het wervelkleptype gebruiken. Deze methode is zeer efficiënt, licht van gewicht, geluidsarm en zeer geschikt voor elektrische aandrijving. Bovendien is de structuur eenvoudig, de werking stabiel en is het volumetrische rendement ongeveer 60% hoger dan dat van het tuimelschijftype. Wat verwarmingsmethoden betreft, wordt PTC-verwarming gebruikt.PTC-luchtverwarmer/PTC-koelvloeistofverwarming) is nodig, en elektrische voertuigen beschikken niet over kosteloze warmtebronnen (zoals koelvloeistof van verbrandingsmotoren).
Geplaatst op: 7 juli 2023
