Phân tích công nghệ quản lý nhiệt của pin điện
của Xe điện thuần túy
1 Làm mát pin
Nhìn chung, có ba phương pháp làm mát chính cho pin điện của xe điện thuần túy: làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng và làm mát trực tiếp.
1) Công nghệ làm mát bằng không khí (làm mát bằng không khí) sử dụng gió tự nhiên hoặc không khí lạnh do hệ thống làm lạnh của xe tạo ra để loại bỏ nhiệt thông qua đối lưu nhiệt hoặc dẫn nhiệt để đạt được mục đích làm mát pin. Công nghệ làm mát bằng không khí có đặc điểm là hệ thống đơn giản, chi phí thấp và dễ bảo trì, được sử dụng rộng rãi.
2) Công nghệ làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất lỏng làm môi trường truyền nhiệt. Chất lỏng lấy đi nhiệt khi chảy qua các đường ống bên trong ắc quy điện. Chất lỏng được sử dụng trong làm mát bằng chất lỏng chủ yếu là chất làm mát, lưu thông trong hệ thống làm mát của xe. Nhiệt lượng do chất làm mát lấy đi được tản ra không khí qua bộ tản nhiệt. Một số xe có bộ trao đổi nhiệt gọi là Chiller trong hệ thống làm mát để ghép nối hệ thống làm mát của xe và hệ thống làm lạnh để tăng hiệu quả làm mát của hệ thống. So với công nghệ làm mát bằng không khí, công nghệ làm mát bằng chất lỏng có đặc điểm là khả năng làm mát mạnh, độ đồng đều tốt và tốc độ nhanh.
3) Công nghệ làm mát trực tiếp sử dụng chất làm lạnh trong hệ thống làm lạnh để trực tiếp lấy đi nhiệt của ắc quy điện, sau đó lắp van giãn nở và bộ bay hơi bên trong ắc quy điện. Chất làm lạnh bốc hơi trong bộ bay hơi để hấp thụ nhiệt. Vì công nghệ làm mát trực tiếp không có bộ trao đổi nhiệt trong công nghệ làm mát bằng chất lỏng nên làm mát trực tiếp hiệu quả hơn. Tuy nhiên, khi ắc quy điện được làm mát, một phần chất làm lạnh trong hệ thống làm lạnh cần phải được chuyển hướng, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát của khoang hành khách và làm giảm sự thoải mái.
2 Làm nóng pin
Có hai loại công nghệ làm nóng pin điện chính: tự làm nóng pin và sử dụng các bộ phận làm nóng bên ngoài. Tự làm nóng pin, như tên gọi của nó, sử dụng nhiệt do pin tạo ra trong quá trình sạc và xả để tăng nhiệt độ pin, nhưng phương pháp này có hiệu suất làm nóng chậm và về cơ bản đã bị loại bỏ.
Việc sử dụng các bộ phận gia nhiệt bên ngoài chủ yếu sử dụng màng gia nhiệt và PTC. Màng gia nhiệt gần bề mặt của mô-đun pin và tạo ra nhiệt để tăng nhiệt độ pin khi bật nguồn. Phương pháp gia nhiệt pin tương tự như phương pháp làm mát và cũng có ba loại: gia nhiệt không khí, gia nhiệt nước và gia nhiệt trực tiếp bằng chất làm lạnh.
3 Hệ thống quản lý nhiệt
Khi làm mát và làm nóng ắc quy, có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau một cách độc lập, nhưng khi mức độ tích hợp của các phương tiện ngày càng cao, các yêu cầu cao hơn cũng được đưa ra đối với hệ thống quản lý nhiệt của xe. Do đó, một hệ thống quản lý nhiệt có thể thực hiện cả làm mát ắc quy và làm nóng ắc quy đã xuất hiện. Một số phương tiện thậm chí đã phát triển một hệ thống quản lý nhiệt tích hợp cao bằng cách sử dụng máy điều hòa không khí bơm nhiệt, kết hợp hữu cơ ba hệ thống chính là hệ thống làm mát xe, làm mát/sưởi ấm ắc quy điện và làm mát/sưởi ấm khoang hành khách.
Kiến trúc hệ thống quản lý nhiệt
Kiến trúc hệ thống quản lý nhiệt của một chiếc xe điện thuần túy được thể hiện trong Hình 1. Hệ thống quản lý nhiệt này sử dụng máy điều hòa không khí bơm nhiệt để thực hiện làm mát và sưởi ấm trực tiếp cho pin, làm mát hệ thống truyền động điện và làm mát và sưởi ấm khoang hành khách. Trong mạch truyền động điện, một mạch làm mát nước riêng biệt được thiết lập, được kết nối với hệ thống bơm nhiệt thông qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm để truyền nhiệt, có thể thực hiện chức năng thu hồi nhiệt thải và chức năng sưởi ấm; vào mùa đông lạnh giá, để giải quyết vấn đề hiệu quả sưởi ấm kém của máy điều hòa không khí bơm nhiệt, PTC được kết hợp để tăng hiệu quả sưởi ấm của khoang hành khách. Hệ thống quản lý nhiệt này có thể đáp ứng nhu cầu làm mát và sưởi ấm ở nhiều chế độ.
Nguyên lý của hệ thống quản lý nhiệt
Do hệ thống có nhiều chế độ hoạt động nên bài viết này chỉ giới thiệu nguyên lý hoạt động của chế độ làm mát và sưởi ấm khoang hành khách hoặc pin.
1) Nguyên lý làm mát ắc quy điện. Khi nhiệt độ ắc quy điện cao và cần được làm mát, van điện từ làm lạnh điều hòa không khí, van điện từ trao đổi nhiệt không khí, van tiết lưu điện tử ắc quy và van điện từ làm mát ắc quy trong hệ thống được mở (van điện từ sưởi ấm ắc quy đóng). Khi chất làm lạnh chảy qua van tiết lưu điện tử ắc quy, nó sẽ giãn nở thông qua quá trình tiết lưu, bốc hơi và hấp thụ nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt tấm ắc quy và lấy đi nhiệt để đạt được mục đích làm mát ắc quy. Nếu khoang hành khách cũng có nhu cầu làm mát vào thời điểm này, chỉ cần mở van tiết lưu điện tử làm mát (đóng van điện từ sưởi ấm điều hòa không khí), và một phần chất làm lạnh sẽ bốc hơi và hấp thụ nhiệt trong bộ phận bay hơi trong xe để đạt được mục đích làm mát khoang hành khách.
2) Nguyên lý làm nóng ắc quy điện. Khi nhiệt độ ắc quy thấp và cần được làm nóng, van điện từ làm nóng ắc quy, van tiết lưu điện tử ắc quy, van điện từ trao đổi nhiệt nguồn nước và van điện từ làm nóng điều hòa không khí trong hệ thống được mở (van tiết lưu điện tử làm nóng, van điện từ làm mát điều hòa không khí, van điện từ trao đổi nhiệt không khí và van tiết lưu điện tử làm mát được đóng lại), và chất làm lạnh nhiệt độ cao được nén bởi máy nén chảy qua bộ trao đổi nhiệt tấm của cụm ắc quy để làm nóng ắc quy nhiệt độ thấp. Sau khi làm nóng, nhiệt độ chất làm lạnh giảm xuống, chảy qua bộ trao đổi nhiệt tấm, hấp thụ nhiệt từ mạch truyền động điện và thực hiện thu hồi nhiệt thải. Nếu khoang hành khách cũng cần được làm nóng vào thời điểm này, chỉ cần mở van tiết lưu điện tử làm nóng và một phần chất làm lạnh nhiệt độ cao chảy qua bộ ngưng tụ trong xe, giải phóng nhiệt vào khoang hành khách, sau đó hợp nhất với chất làm lạnh làm nóng ắc quy ở phía trước bộ trao đổi nhiệt tấm để tiếp tục tham gia vào chu trình. Nếu nhiệt độ môi trường rất thấp, hệ thống sẽ bật PTC để hỗ trợ làm nóng khoang hành khách.
