1. Kenmerken van lithiumbatterijen voor elektrische voertuigen
Lithiumbatterijen hebben als belangrijkste voordelen een lage zelfontlading, een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een hoog rendement. Het gebruik van lithiumbatterijen als belangrijkste energiebron voor elektrische voertuigen staat gelijk aan het verkrijgen van een goede energiebron. Daarom is het lithiumbatterijpakket, met name de lithiumbatterijcel, het belangrijkste onderdeel en de kern van de energievoorziening in elektrische voertuigen. Tijdens het gebruik van lithiumbatterijen gelden bepaalde eisen voor de omgeving. Uit experimenten blijkt dat de optimale bedrijfstemperatuur tussen de 20 °C en 40 °C ligt. Wanneer de temperatuur rond de batterij deze limiet overschrijdt, neemt de prestatie van de lithiumbatterij sterk af en wordt de levensduur aanzienlijk verkort. Bij een te lage temperatuur rond de lithiumbatterij zullen de uiteindelijke ontladingscapaciteit en -spanning afwijken van de ingestelde waarden en sterk dalen.
Als de omgevingstemperatuur te hoog is, neemt de kans op thermische oververhitting van de lithiumbatterij aanzienlijk toe. De interne warmte hoopt zich dan op een specifieke plek op, wat ernstige problemen met warmteophoping veroorzaakt. Als deze warmte niet soepel kan worden afgevoerd, kan de lithiumbatterij, naarmate de gebruiksduur langer wordt, exploderen. Dit veiligheidsrisico vormt een grote bedreiging voor de persoonlijke veiligheid. Daarom moeten lithiumbatterijen gebruikmaken van elektromagnetische koelsystemen om de algehele veiligheid tijdens gebruik te verbeteren. Het is duidelijk dat onderzoekers bij het beheersen van de temperatuur van lithiumbatterijen externe apparaten rationeel moeten inzetten voor warmteafvoer en om de optimale werktemperatuur van de lithiumbatterij te controleren. Zodra de temperatuur de juiste normen bereikt, zal de doelstelling van veilig rijden met elektrische voertuigen nauwelijks in gevaar komen.
2. Mechanisme voor warmteontwikkeling in lithiumbatterijen voor elektrische voertuigen
Hoewel deze batterijen als stroombronnen kunnen worden gebruikt, blijken de verschillen in de praktijk duidelijker. Sommige batterijen hebben grotere nadelen, waardoor fabrikanten van elektrische voertuigen zorgvuldig moeten kiezen. De loodzuuraccu levert bijvoorbeeld voldoende stroom voor het middensegment, maar veroorzaakt tijdens gebruik grote schade aan het milieu, die later onherstelbaar is. Om de ecologische veiligheid te beschermen, heeft de overheid loodzuuraccu's daarom op de lijst van verboden producten geplaatst. Nikkel-metaalhydridebatterijen hebben zich in de loop der tijd goed ontwikkeld, de technologie is geleidelijk volwassen geworden en het toepassingsgebied is uitgebreid. Vergeleken met lithiumbatterijen hebben ze echter wel nadelen. Zo is het voor reguliere batterijfabrikanten lastig om de productiekosten van nikkel-metaalhydridebatterijen te beheersen. Hierdoor blijft de prijs van nikkel-metaalhydridebatterijen op de markt hoog. Sommige merken elektrische voertuigen die een goede prijs-kwaliteitverhouding nastreven, zullen ze daarom nauwelijks overwegen als auto-onderdelen. Belangrijker nog is dat Ni-MH-batterijen veel gevoeliger zijn voor de omgevingstemperatuur dan lithiumbatterijen en een grotere kans hebben om door hoge temperaturen vlam te vatten. Na meerdere vergelijkingen blijken lithiumbatterijen superieur en worden ze nu veelvuldig gebruikt in elektrische voertuigen.
De reden waarom lithiumbatterijen elektrische voertuigen van stroom kunnen voorzien, is precies omdat hun positieve en negatieve elektroden actieve materialen bevatten. Tijdens het continu inbedden en onttrekken van deze materialen wordt een grote hoeveelheid elektrische energie opgewekt. Vervolgens wordt, volgens het principe van energieomzetting, deze elektrische energie omgezet in kinetische energie, waardoor de elektrische voertuigen voldoende vermogen krijgen om te kunnen rijden. Tegelijkertijd absorbeert en geeft de lithiumbatterijcel tijdens een chemische reactie warmte af om de energieomzetting te voltooien. Bovendien is het lithiumatoom niet statisch, maar kan het continu bewegen tussen de elektrolyt en het membraan, waardoor er interne polarisatieweerstand ontstaat.
De warmte zal nu ook op een gepaste manier worden afgevoerd. De temperatuur rond de lithiumbatterij van elektrische voertuigen is echter te hoog, wat gemakkelijk kan leiden tot de ontbinding van de positieve en negatieve scheidingsplaten. Bovendien bestaat de lithiumbatterij van elektrische voertuigen uit meerdere accupakketten. De warmte die door al deze accupakketten wordt gegenereerd, is veel hoger dan die van een enkele batterij. Wanneer de temperatuur een vooraf bepaalde waarde overschrijdt, is de batterij zeer gevoelig voor explosiegevaar.
3. Belangrijkste technologieën van het thermisch beheersysteem van batterijen
Zowel in binnen- als buitenland is er veel aandacht besteed aan het batterijbeheersysteem van elektrische voertuigen. Dit heeft geleid tot een reeks onderzoeken en heeft al veel resultaten opgeleverd. Dit artikel richt zich op de nauwkeurige evaluatie van het resterende batterijvermogen van het thermische batterijbeheersysteem van elektrische voertuigen, het batterijbalansbeheer en de belangrijkste technologieën die daarbij worden toegepast.thermisch beheersysteem.
3.1 Methode voor het beoordelen van het restvermogen van het thermisch beheersysteem van de batterij
Onderzoekers hebben veel energie en nauwgezette inspanningen gestoken in de evaluatie van de laadstatus (SOC), waarbij ze voornamelijk wetenschappelijke data-algoritmen zoals de ampère-uurintegratiemethode, de lineaire modelmethode, de neurale netwerkmethode en de Kalman-filtermethode gebruiken om een groot aantal simulatie-experimenten uit te voeren. Bij de toepassing van deze methoden treden echter vaak rekenfouten op. Als deze fouten niet tijdig worden gecorrigeerd, zal het verschil tussen de berekeningsresultaten steeds groter worden. Om dit probleem te verhelpen, combineren onderzoekers de Anshi-evaluatiemethode vaak met andere methoden om de resultaten te verifiëren en zo de meest nauwkeurige resultaten te verkrijgen. Met nauwkeurige gegevens kunnen onderzoekers de ontlaadstroom van de batterij nauwkeurig schatten.
3.2 Evenwichtig beheer van het thermische beheersysteem van de batterij
Het balansbeheer van het thermische beheersysteem van de batterij wordt voornamelijk gebruikt om de spanning en het vermogen van elk onderdeel van de batterij te coördineren. Wanneer verschillende batterijen in verschillende onderdelen worden gebruikt, zullen het vermogen en de spanning verschillen. In dat geval moet balansbeheer worden toegepast om deze inconsistentie te elimineren. De meest gebruikte balansbeheertechniek is momenteel...
Het wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in twee typen: passieve egalisatie en actieve egalisatie. Vanuit toepassingsperspectief verschillen de implementatieprincipes van deze twee egalisatiemethoden aanzienlijk.
(1) Passieve balans. Het principe van passieve egalisatie maakt gebruik van de evenredige relatie tussen batterijvermogen en spanning, gebaseerd op de spanningsgegevens van een enkele batterijreeks. De omzetting van beide wordt over het algemeen bereikt door middel van weerstandsontlading: de energie van een batterij met hoog vermogen genereert warmte door weerstandsverwarming, die vervolgens via de lucht wordt afgevoerd om energieverlies te bewerkstelligen. Deze egalisatiemethode verbetert echter niet de efficiëntie van het batterijgebruik. Bovendien kan de batterij, als de warmteafvoer ongelijkmatig is, de taak van thermisch beheer niet uitvoeren vanwege het probleem van oververhitting.
(2) Actieve balans. Actieve balans is een verbeterde versie van passieve balans, die de nadelen van passieve balans compenseert. Qua werkingsprincipe is het principe van actieve balans niet gebaseerd op het principe van passieve balans, maar hanteert het een volledig nieuw concept: bij actieve balans wordt de elektrische energie van de batterij niet omgezet in warmte-energie en afgevoerd, waardoor de energie met hoge energie van de batterij wordt overgedragen naar de batterij met lage energie. Bovendien schendt deze overdracht de wet van behoud van energie niet en heeft het als voordelen een laag verlies, een hoge benuttingsgraad en snelle resultaten. De samenstelling van het balansbeheer is echter relatief complex. Als het balanspunt niet correct wordt gecontroleerd, kan dit onherstelbare schade aan het accupakket veroorzaken als gevolg van de overmatige omvang. Kortom, zowel actief als passief balansbeheer hebben voor- en nadelen. In specifieke toepassingen kunnen onderzoekers een keuze maken op basis van de capaciteit en het aantal strengen van lithiumbatterijpakketten. Lithiumbatterijpakketten met een lage capaciteit en een klein aantal batterijen zijn geschikt voor passief egalisatiebeheer, terwijl lithiumbatterijpakketten met een hoge capaciteit en een groot aantal batterijen geschikt zijn voor actief egalisatiebeheer.
3.3 De belangrijkste technologieën die worden gebruikt in het thermisch beheersysteem van de batterij
(1) Bepaal het optimale bedrijfstemperatuurbereik van de batterij. Het thermisch beheersysteem wordt voornamelijk gebruikt om de temperatuur rond de batterij te reguleren. Om de effectiviteit van het thermisch beheersysteem te garanderen, wordt de door onderzoekers ontwikkelde sleuteltechnologie voornamelijk gebruikt om de bedrijfstemperatuur van de batterij te bepalen. Zolang de batterijtemperatuur binnen een geschikt bereik blijft, kan de lithiumbatterij altijd in optimale conditie verkeren en voldoende energie leveren voor de werking van elektrische voertuigen. Op deze manier kunnen de prestaties van de lithiumbatterij in elektrische voertuigen altijd uitstekend zijn.
(2) Berekening van het thermische bereik van de batterij en temperatuurvoorspelling. Deze technologie omvat een groot aantal wiskundige modelberekeningen. De wetenschappers gebruiken overeenkomstige berekeningsmethoden om het temperatuurverschil in de batterij te verkrijgen en gebruiken dit als basis om het mogelijke thermische gedrag van de batterij te voorspellen.
(3) Keuze van het warmteoverdrachtsmedium. De superieure prestaties van het thermische beheersysteem hangen af van de keuze van het warmteoverdrachtsmedium. De meeste moderne elektrische voertuigen gebruiken lucht/koelvloeistof als koelmedium. Deze koelmethode is eenvoudig te bedienen, heeft lage productiekosten en kan het doel van de warmteafvoer van de batterij goed bereiken.PTC-luchtverwarmer/PTC-koelvloeistofverwarmer)
(4) Pas een parallel ventilatie- en warmteafvoerstructuur toe. Het ventilatie- en warmteafvoerontwerp tussen de lithiumbatterijpakketten kan de luchtstroom vergroten, zodat deze gelijkmatig over de batterijpakketten wordt verdeeld en het temperatuurverschil tussen de batterijmodules effectief wordt opgelost.
(5) Selectie van ventilator- en temperatuurmeetpunten. In deze module hebben onderzoekers een groot aantal experimenten gebruikt om theoretische berekeningen uit te voeren en vervolgens vloeistofmechanische methoden toegepast om waarden voor het ventilatorvermogen te verkrijgen. Daarna zullen onderzoekers eindige-elementenmethoden gebruiken om het meest geschikte temperatuurmeetpunt te vinden om nauwkeurige batterijtemperatuurgegevens te verkrijgen.
Geplaatst op: 10 september 2024
