A hőkezelési technológia áttekintése 1
1.1 Az akkumulátor hőkezelése
Az akkumulátor hőkezelése kulcsfontosságú eleme az elektromos járművek hőkezelési rendszerének. Fő célja annak biztosítása, hogy az akkumulátorcsomag megfelelő üzemi hőmérsékletet tartson fenn különböző üzemi körülmények között, így biztosítva az akkumulátor teljesítményét, biztonságát és élettartamát. Az akkumulátor hőkezelése alapvetően két szempontot foglal magában: a hőelvezetést és a fűtést. Az alábbiakban e két funkció megvalósításának különböző technikai útjait mutatjuk be.
1.1.1 Az akkumulátor hőleadása
1) Léghűtés. A léghűtés viszonylag egyszerű és olcsó hőelvezetési módszer. Eltávolítja az akkumulátor által termelt hőt természetes konvekcióval vagy ventilátor felszerelésével, hogy kényszerítse a levegő áramlását. A léghűtési rendszer főként az akkumulátoregység felületén lévő hűtőbordára támaszkodik a hőcsere érdekében, amely alkalmas alacsony teljesítménysűrűség vagy mérsékelt környezeti hőmérséklet esetén. A levegő kis fajlagos hőkapacitása miatt azonban a hőcsere hatékonysága viszonylag korlátozott, a nagy teljesítményű és nagy energiasűrűségű akkumulátorok gyors hűtési képessége pedig gyenge.
2) Folyadékhűtés. A folyékony hűtőoldat hűtőközeget (például vizet, etilénglikol oldatot stb.) használ hőátadó közegként, amely egy keringtető csövön keresztül közvetlenül érintkezik az akkumulátorral a hatékony hővezetés érdekében. A folyadékhűtő rendszer pontosan tudja szabályozni az akkumulátor hőmérsékletét, különösen a nagy teljesítményű elektromos járművek esetében. Miközben hatékonyan megakadályozza az akkumulátor túlmelegedését, biztosítja, hogy az akkumulátor hőmérséklete egyenletesen oszlik el, ezáltal javítva az akkumulátor élettartamát és általános teljesítményét. A folyadékhűtésnek azonban vannak bizonyos korlátai. A folyadékhűtő rendszer bonyolultabb, fennáll a folyadékszivárgás veszélye, bizonyos követelmények vonatkoznak az anyag korrózióállóságára, és megnő a karbantartási költség.
3) Phase Change Material (PCM) hőelvezetés. A fázisváltó anyagok nagy mennyiségű látens hőt képesek elnyelni a szilárd-folyadék fázisátalakulási folyamat során, ezáltal jó hőelvezetési hatást érnek el. Az akkumulátor hőkezelésére alkalmazva a PCM az akkumulátor köré tekerhető vagy az akkumulátormodulba ágyazható, hogy elnyelje a hőt, amikor az akkumulátor hőmérséklete emelkedik, és szerepet játszik a lassú hőleadásban. A PCM hőelvezetés előnye az állandó hőmérsékletű karakterisztikája, amely megakadályozza az akkumulátor hőmérsékletének hirtelen emelkedését, de a hátrányok is viszonylag nyilvánvalóak. Hővezető képessége viszonylag gyenge, reakciósebessége lassú, anyagköltsége magas.
4) A hőcső hőelvezetése. A hőcsövek a munkafolyadék fázisváltási folyamatának felhasználásával képesek hőátadni külső energiabevitel nélkül a hatékony hővezetőképesség elérése érdekében. Az akkumulátor hőkezelési alkalmazásaiban a hőcsövek gyorsan átadják a hőt a helyi forró pontokról, és javítják a teljes akkumulátorcsomag hőmérséklet-állandóságát. A hőcsövek előnye a nagy hőátadási hatásfok, a kis méret és a könnyű súly, de szerkezetük összetett, a gyártási költség viszonylag magas, és figyelmet kell fordítani a megfelelő kondenzációs vég kialakítására a hőleadás hatékonyságának biztosítása érdekében.
5) Közvetlen hűtési hőelvezetés. A közvetlen hűtés főként a hűtőközegre (általában folyékonyra) utal, amely közvetlenül áramlik át az akkumulátormodulon vagy az akkumulátorcellán, hogy hatékonyan szabályozza az akkumulátor üzemi hőmérsékletét. Ez a kialakítás lehetővé teszi az akkumulátor felületének gyors hőelvezetését, ami különösen alkalmas magas hőmérsékletű és nagy energiaigényes helyzetekben. A közvetlen hűtés azonban rendkívül magas tömítési követelményeket támaszt, és ha a hűtőfolyadék szivárog, az komoly biztonsági kockázatokat okozhat.
1.1.2 Akkumulátor fűtése
1) PTC fűtés. A pozitív hőmérsékleti együttható (PTC) fűtőelem a pozitív hőmérsékleti együttható hatásán alapul, vagyis az ellenállás a hőmérséklettel nő. Ezért stabil hőteljesítményt tud biztosítani alacsony hőmérsékletű környezetben, miközben automatikusan korlátozza saját hőmérsékletét túl magasra. A PTC fűtést széles körben használják elektromos járművekben a kényelem érdekében, például ülésfűtéssel és az autó légkondicionáló rendszerének kiegészítő fűtésével. Önszabályozó tulajdonságainak köszönhetően stabil és hatékony fűtési hatást biztosít, miközben elkerüli a túlmelegedés okozta problémákat. Ez egy hatékony fűtési technológia. A PTC fűtés azonban elektromos fűtés, ami növeli az elektromos járművek teljes energiafogyasztását és csökkenti a hatótávolságot.
2) Hőszivattyús fűtés. A hőszivattyús légkondicionáló rendszer a fordított Carnot-cikluson keresztül elnyeli a külső környezet alacsony hőmérsékletű hőjét, majd a kompressziós és hőleadási folyamaton keresztül továbbítja az akkumulátornak és a kabinnak. A hagyományos PTC fűtési módszerhez képest a hőszivattyú energiatakarékosabb alacsony hőmérsékletű környezetben, ami segít fenntartani a jármű teljesítményét. A hőszivattyús rendszerek tervezése és üzemeltetése azonban bonyolultabb, különösen rendkívül alacsony hőmérsékleti körülmények között, ahol teljesítményük csökken. Emiatt egyes tanulmányok olyan innovatív technológiákat javasoltak, mint a levegő befecskendezési entalpia növelése és a kettős forrású hőszivattyúk a hőszivattyú teljesítményének optimalizálására alacsony környezeti hőmérsékleten.
