Als belangrijkste energiebron van elektrische voertuigen zijn accu's van groot belang. Tijdens het daadwerkelijke gebruik van het voertuig wordt de accu blootgesteld aan complexe en wisselende omstandigheden. Om de actieradius te vergroten, moet het voertuig zoveel mogelijk accu's in een bepaalde ruimte plaatsen, waardoor de beschikbare ruimte voor het accupakket in het voertuig zeer beperkt is. De accu genereert tijdens het gebruik van het voertuig veel warmte, die zich na verloop van tijd in een relatief kleine ruimte ophoopt. Door de dichte stapeling van de cellen in het accupakket is het bovendien relatief moeilijk om de warmte in het midden af te voeren, wat de temperatuurverschillen tussen de cellen vergroot. Dit vermindert de laad- en ontlaadefficiëntie van de accu en beïnvloedt het vermogen ervan. Het kan leiden tot thermische oververhitting en de veiligheid en levensduur van het systeem in gevaar brengen.
De temperatuur van de accu heeft een grote invloed op de prestaties, levensduur en veiligheid ervan. Bij lage temperaturen neemt de interne weerstand van lithium-ionaccu's toe en neemt de capaciteit af. In extreme gevallen kan de elektrolyt bevriezen en kan de accu niet meer worden ontladen. De prestaties van het accusysteem bij lage temperaturen worden hierdoor sterk beïnvloed, wat resulteert in een verminderd vermogen en een kleinere actieradius van elektrische voertuigen. Bij het opladen van elektrische voertuigen bij lage temperaturen verwarmt het accumanagementsysteem (BMS) de accu eerst tot een geschikte temperatuur voordat het opladen begint. Als dit niet correct gebeurt, kan dit leiden tot een plotselinge overspanning, met als gevolg kortsluiting en mogelijk rookontwikkeling, brand of zelfs een explosie. Het veiligheidsprobleem bij het opladen van elektrische voertuigen bij lage temperaturen beperkt de verdere ontwikkeling van elektrische voertuigen in koude gebieden aanzienlijk.
Thermisch beheer van de batterij is een van de belangrijkste functies in een batterijmanagementsysteem (BMS). Het zorgt er met name voor dat het batterijpakket te allen tijde binnen een geschikt temperatuurbereik blijft, zodat de optimale werking ervan gewaarborgd is. Het thermisch beheer van de batterij omvat hoofdzakelijk de functies koeling, verwarming en temperatuurcompensatie. De koel- en verwarmingsfuncties worden voornamelijk aangepast om de mogelijke invloed van de externe omgevingstemperatuur op de batterij te compenseren. Temperatuurcompensatie wordt gebruikt om het temperatuurverschil binnen het batterijpakket te verkleinen en snelle degradatie door oververhitting van een bepaald onderdeel van de batterij te voorkomen.
Over het algemeen worden de koelmethoden voor accu's onderverdeeld in drie categorieën: luchtkoeling, vloeistofkoeling en directe koeling. Bij luchtkoeling wordt natuurlijke wind of koele lucht uit het passagierscompartiment gebruikt om warmte over het oppervlak van de accu te verspreiden en zo te koelen. Vloeistofkoeling maakt doorgaans gebruik van een aparte koelvloeistofleiding om de accu te verwarmen of te koelen. Deze methode is momenteel de meest gangbare. Tesla en de Volt gebruiken bijvoorbeeld beide deze koelmethode. Bij directe koeling is er geen koelvloeistofleiding nodig; de accu wordt direct gekoeld met koelmiddel.
1. Luchtkoelsysteem:
Vanwege hun geringe capaciteit en energiedichtheid werden veel van de eerste accu's gekoeld door middel van luchtkoeling. Luchtkoeling (PTC-luchtverwarmer) is onderverdeeld in twee categorieën: natuurlijke luchtkoeling en geforceerde luchtkoeling (met behulp van een ventilator), waarbij natuurlijke wind of koude lucht in de cabine wordt gebruikt om de accu te koelen.
Typische voorbeelden van luchtgekoelde systemen zijn de Nissan Leaf en de Kia Soul EV. De 48V-accu's van 48V-microhybride voertuigen zijn tegenwoordig meestal in het passagierscompartiment geplaatst en worden gekoeld door luchtkoeling. De structuur van het luchtkoelsysteem is relatief eenvoudig, de technologie is relatief volwassen en de kosten zijn laag. Door de beperkte warmteafvoer door de lucht is de warmteoverdrachtsefficiëntie echter laag, is de interne temperatuur van de accu niet gelijkmatig verdeeld en is een nauwkeurige regeling van de accutemperatuur lastig. Daarom is een luchtkoelsysteem over het algemeen geschikt voor situaties met een korte actieradius en een laag voertuiggewicht.
Het is belangrijk te vermelden dat bij een luchtgekoeld systeem het ontwerp van de luchtkanalen een cruciale rol speelt in het koeleffect. Luchtkanalen worden hoofdzakelijk onderverdeeld in seriële en parallelle luchtkanalen. De seriële structuur is eenvoudig, maar de weerstand is groot; de parallelle structuur is complexer en neemt meer ruimte in beslag, maar de warmteafvoer is gelijkmatiger.
2. Vloeistofkoelsysteem
De vloeistofgekoelde modus betekent dat de batterij koelvloeistof gebruikt om warmte af te voeren (PTC-koelvloeistofverwarmerKoelvloeistof kan worden onderverdeeld in twee typen: vloeistoffen die rechtstreeks in contact komen met de accucel (siliconenolie, ricinusolie, enz.) en vloeistoffen die via waterkanalen in contact komen met de accucel (water en ethyleenglycol, enz.). Momenteel wordt de gemengde oplossing van water en ethyleenglycol het meest gebruikt. Een vloeistofkoelsysteem voegt over het algemeen een koeler toe aan de koelcyclus, waarbij de warmte van de accu wordt afgevoerd door middel van koelvloeistof. De belangrijkste componenten zijn de compressor, de koeler en deelektrische waterpompAls energiebron voor de koeling bepaalt de compressor het warmteoverdrachtsvermogen van het gehele systeem. De koelmachine fungeert als warmtewisselaar tussen het koelmiddel en de koelvloeistof, en de hoeveelheid warmteoverdracht bepaalt direct de temperatuur van de koelvloeistof. De waterpomp bepaalt de stroomsnelheid van de koelvloeistof in de leidingen. Hoe hoger de stroomsnelheid, hoe beter de warmteoverdracht, en omgekeerd.
Geplaatst op: 9 augustus 2024
