Công nghệ quản lý nhiệt pin phổ biến
cho xe năng lượng mới
Hệ thống làm mát của xe sử dụng năng lượng mới thường bao gồm ba phần: hệ thống tuần hoàn làm mát bằng pin, hệ thống tuần hoàn làm mát được điều khiển bằng động cơ và hệ thống tuần hoàn không khí ấm của điều hòa không khí. Các phương pháp quản lý nhiệt pin khác nhau liên quan đến số lượng bộ phận, cấu trúc và bố cục khác nhau. Các loại hệ thống quản lý nhiệt khác nhau được lựa chọn dựa trên chi phí phát triển phương tiện, trọng lượng phương tiện và yêu cầu về không gian bố trí. Các tuyến kỹ thuật chính của nó bao gồm năm loại sau.
1. Loại làm mát trực tiếp
Được gọi là công nghệ làm mát trực tiếp bằng pin, hệ thống làm mát trực tiếp có thiết bị bay hơi làm lạnh tích hợp bên trong pin và được kết nối với hệ thống điều hòa không khí thông qua đường ống. Khi ắc quy cần được làm mát, máy nén sẽ được sử dụng để đưa chất làm lạnh đã nén vào thiết bị bay hơi bên trong ắc quy rồi lấy đi ắc quy. Nhiệt bên trong đạt được hiệu quả làm mát. Hệ thống này có ưu điểm là cấu trúc nhỏ gọn, hiệu quả làm mát tốt, số lượng bộ phận nhỏ (chỉ cần một đường ống làm lạnh đầu vào và một đầu ra) và trọng lượng nhẹ. Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là không thể làm nóng pin trong điều kiện nhiệt độ thấp dưới 0, nước ngưng tụ tạo ra trong quá trình làm lạnh không được bảo vệ và khó kiểm soát độ đồng đều nhiệt độ của chất làm lạnh. Hệ thống lạnh có tuổi thọ ngắn, độ tin cậy thấp, thường xuyên xảy ra hiện tượng rò rỉ môi chất lạnh. Rò rỉ, công suất làm lạnh không đủ và các lỗi khác. Đây là công nghệ làm mát pin mới nhất với độ trưởng thành tương đối thấp. Nó đã được ứng dụng trên các mẫu xe sản xuất hàng loạt như BYD, Tesla trên thị trường. Đây là tuyến đường kỹ thuật chính trong tương lai, như trong Hình 1.
2. Loại tản nhiệt nước
Mạch làm mát bộ tản nhiệt là một mạch độc lập, bao gồm bộ tản nhiệt, máy bơm nước điện tử, máy sưởi, v.v., với chất chống đông làm môi trường. Chất chống đông thoát ra khỏi bộ tản nhiệt, đi qua bộ sưởi, sau đó đến pin và cuối cùng quay trở lại bộ tản nhiệt. Chu trình này làm mát và làm nóng pin. Hệ thống này có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và tiết kiệm năng lượng trong môi trường nhiệt độ thấp quanh năm. Tuy nhiên, hiệu suất tản nhiệt của hệ thống này thấp và nhiệt độ nước cao trong môi trường khí hậu nhiệt độ cao vào mùa hè và không thể đáp ứng các điều kiện hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, như trong Hình 2.
3. Loại làm mát bằng nước làm mát trực tiếp
Hệ thống này tích hợp làm mát trực tiếp và làm mát bằng nước, đồng thời kết nối hệ thống điều hòa không khí và hệ thống làm mát bằng nước thông qua bộ làm mát bằng pin Chiller (còn gọi là bộ trao đổi nhiệt). Hệ thống này tránh được những thiếu sót của hai phương pháp làm mát đầu tiên và hiện là một trong những hệ thống quản lý nhiệt pin được sử dụng phổ biến nhất. Hệ thống này có nhiều thành phần hơn hai phần trước. Hệ thống phức tạp hơn và cần không gian tương đối rộng để bố trí các bộ phận. Máy nén chịu tải nặng trong quá trình hoạt động, tiêu tốn nhiều năng lượng cho toàn bộ xe và kém tiết kiệm. Ngoài ra, khi một phần của hệ thống điều hòa bị hỏng thì nhu cầu làm mát của ắc quy không thể được đáp ứng ở mức tối đa, xem hình 3.
4. Loại hybrid làm mát bằng nước
Hệ thống này dựa trên hệ thống làm mát bằng nước làm mát trực tiếp và bổ sung thêm hệ thống làm mát bằng nước tản nhiệt. Cả hai được sắp xếp thành các mạch song song. Bằng cách điều khiển van điện từ, các mạch khác nhau được sử dụng để làm mát pin trong các điều kiện khác nhau. Trong môi trường nhiệt độ thấp, chỉ có hệ thống làm mát bằng nước tản nhiệt hoạt động. Khi ở môi trường nhiệt độ cao chuyển sang hệ thống làm mát bằng nước làm mát trực tiếp để hoạt động. Trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, hai hệ thống có thể hoạt động cùng lúc và pin cũng có thể đạt được công suất làm mát tối đa, về cơ bản có thể đáp ứng mọi môi trường sử dụng. Hệ thống làm mát này cực kỳ phức tạp, chi phí cao, yêu cầu không gian bố trí phương tiện cao, có chiến lược điều khiển hệ thống phức tạp và đặt ra thách thức về độ ổn định và độ tin cậy. Hệ thống này cũng được sử dụng trong hầu hết các mẫu PHEV hybrid trên thị trường và có công nghệ hoàn thiện, như trong Hình 4.
5. Loại làm mát bằng không khí
Hệ thống này dẫn trực tiếp không khí lạnh từ hệ thống làm mát khoang hành khách đến ắc quy qua ống dẫn, đồng thời sử dụng không khí lạnh để làm mát ắc quy. Ưu điểm của hệ thống này là cấu trúc đơn giản, nhiệt độ không khí lạnh có thể kiểm soát được và chi phí hệ thống thấp. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là hệ thống làm mát trực tiếp. Hệ thống không có chức năng sưởi ấm, nước ngưng tụ tạo ra trên bề mặt pin không dễ khô, có nguy cơ ăn mòn và nhiễm bẩn bên trong pin. Loại phương pháp quản lý nhiệt này thường không được khuyến nghị, xem Hình 5.
