1. Caratteristiche delle batterie al litio per veicoli a energia alternativa
Le batterie al litio presentano principalmente i vantaggi di un basso tasso di autoscarica, un'elevata densità energetica, un elevato numero di cicli di carica/scarica e un'alta efficienza operativa. L'utilizzo delle batterie al litio come principale fonte di energia per i veicoli a energia alternativa equivale a ottenere un'ottima fonte energetica. Pertanto, nella composizione dei componenti principali dei veicoli a energia alternativa, il pacco batterie al litio, in particolare le celle, è diventato il componente centrale e la parte fondamentale che fornisce energia. Durante il funzionamento, le batterie al litio devono rispettare determinati requisiti ambientali. Secondo i risultati sperimentali, la temperatura di esercizio ottimale si mantiene tra i 20°C e i 40°C. Se la temperatura intorno alla batteria supera questo limite, le prestazioni della batteria al litio si riducono drasticamente e la sua durata si accorcia notevolmente. A temperature troppo basse, la capacità di scarica finale e la tensione di scarica si discostano dai valori preimpostati, con un conseguente brusco calo.
Se la temperatura ambiente è troppo elevata, la probabilità di instabilità termica della batteria al litio aumenta notevolmente, con conseguente accumulo di calore in un punto specifico e gravi problemi di surriscaldamento. Se questo calore non viene dissipato correttamente, con il prolungarsi del tempo di funzionamento della batteria, quest'ultima rischia di esplodere. Questo pericolo rappresenta una grave minaccia per la sicurezza personale, pertanto le batterie al litio devono necessariamente avvalersi di dispositivi di raffreddamento elettromagnetico per migliorare le prestazioni di sicurezza dell'intero sistema durante il funzionamento. È evidente che, quando i ricercatori si occupano del controllo della temperatura delle batterie al litio, devono utilizzare in modo razionale dispositivi esterni per dissipare il calore e mantenere la temperatura di esercizio ottimale. Una volta che la temperatura raggiunge i valori previsti, la sicurezza di guida dei veicoli a energia pulita non sarà praticamente compromessa.
2. Meccanismo di generazione di calore della batteria al litio per veicoli a energia alternativa
Sebbene queste batterie possano essere utilizzate come dispositivi di alimentazione, nell'applicazione pratica le differenze tra di esse risultano più evidenti. Alcune batterie presentano svantaggi maggiori, pertanto i produttori di veicoli a energia alternativa dovrebbero scegliere con attenzione. Ad esempio, le batterie al piombo-acido forniscono energia sufficiente per la parte centrale del ciclo di vita del veicolo, ma durante il loro funzionamento causano gravi danni all'ambiente circostante, danni che potrebbero risultare irreparabili in seguito. Per questo motivo, al fine di tutelare la sicurezza ecologica, le batterie al piombo-acido sono state inserite nell'elenco dei prodotti vietati. Nel corso del tempo, le batterie al nichel-metallo idruro hanno goduto di un buon sviluppo, la tecnologia di sviluppo è gradualmente maturata e anche il campo di applicazione si è ampliato. Tuttavia, rispetto alle batterie al litio, i loro svantaggi sono leggermente più evidenti. Ad esempio, per i produttori di batterie tradizionali è difficile controllare i costi di produzione delle batterie al nichel-metallo idruro. Di conseguenza, il prezzo delle batterie al nichel-metallo idruro sul mercato è rimasto elevato. Alcuni marchi di veicoli a energia alternativa che puntano al rapporto qualità-prezzo difficilmente le considereranno come componenti per le proprie auto. Ancora più importante, le batterie Ni-MH sono molto più sensibili alla temperatura ambiente rispetto alle batterie al litio e hanno maggiori probabilità di incendiarsi a causa delle alte temperature. Dopo numerosi confronti, le batterie al litio si sono distinte e sono ora ampiamente utilizzate nei veicoli a energia alternativa.
Il motivo per cui le batterie al litio possono alimentare i veicoli a energia alternativa risiede proprio nella presenza di materiali attivi sui loro elettrodi positivo e negativo. Durante il processo di continuo inserimento ed estrazione dei materiali, si ottiene una grande quantità di energia elettrica che, secondo il principio della conversione energetica, si trasforma in energia cinetica, fornendo così una potente spinta ai veicoli a energia alternativa, consentendo loro di muoversi autonomamente. Allo stesso tempo, quando la cella della batteria al litio subisce una reazione chimica, assorbe e rilascia calore, completando così la conversione energetica. Inoltre, l'atomo di litio non è statico, ma si muove continuamente tra l'elettrolita e il diaframma, generando una resistenza interna di polarizzazione.
Ora, il calore verrà anche dissipato in modo appropriato. Tuttavia, la temperatura intorno alla batteria al litio dei veicoli a energia alternativa è troppo elevata, il che può facilmente portare alla decomposizione dei separatori positivo e negativo. Inoltre, la batteria al litio dei veicoli a energia alternativa è composta da più pacchi batteria. Il calore generato da tutti i pacchi batteria supera di gran lunga quello della singola batteria. Quando la temperatura supera un valore predeterminato, la batteria è estremamente soggetta a esplosione.
3. Tecnologie chiave del sistema di gestione termica delle batterie
Per il sistema di gestione della batteria dei veicoli a nuova energia, sia in patria che all'estero è stata prestata grande attenzione, avviata una serie di ricerche e ottenuti molti risultati. Questo articolo si concentrerà sulla valutazione accurata della potenza residua della batteria del sistema di gestione termica della batteria del veicolo a nuova energia, sulla gestione del bilanciamento della batteria e sulle tecnologie chiave applicate nelsistema di gestione termica.
3.1 Metodo di valutazione della potenza residua del sistema di gestione termica della batteria
I ricercatori hanno investito molta energia e impegno nella valutazione dello stato di carica (SOC), utilizzando principalmente algoritmi scientifici come il metodo integrale ampere-ora, il metodo del modello lineare, il metodo delle reti neurali e il metodo del filtro di Kalman per eseguire un gran numero di esperimenti di simulazione. Tuttavia, durante l'applicazione di questo metodo si verificano spesso errori di calcolo. Se l'errore non viene corretto in tempo, il divario tra i risultati di calcolo aumenterà sempre di più. Per ovviare a questo inconveniente, i ricercatori solitamente combinano il metodo di valutazione Anshi con altri metodi per verificarne reciprocamente l'accuratezza, in modo da ottenere i risultati più precisi. Con dati accurati, i ricercatori possono stimare con precisione la corrente di scarica della batteria.
3.2 Gestione bilanciata del sistema di gestione termica della batteria
La gestione del bilanciamento del sistema di gestione termica della batteria viene utilizzata principalmente per coordinare la tensione e la potenza di ciascuna parte della batteria. Quando si utilizzano batterie diverse in parti diverse, la potenza e la tensione saranno diverse. In questo caso, è necessario utilizzare la gestione del bilanciamento per eliminare la differenza tra le due. Incoerenza. Attualmente la tecnica di gestione del bilanciamento più diffusa
Si divide principalmente in due tipologie: equalizzazione passiva ed equalizzazione attiva. Dal punto di vista applicativo, i principi di implementazione utilizzati da questi due tipi di metodi di equalizzazione sono piuttosto diversi.
(1) Bilanciamento passivo. Il principio di equalizzazione passiva utilizza la relazione proporzionale tra potenza e tensione della batteria, basandosi sui dati di tensione di una singola stringa di batterie, e la conversione delle due viene generalmente realizzata tramite scarica resistiva: l'energia di una batteria ad alta potenza genera calore attraverso il riscaldamento resistivo, quindi si dissipa attraverso l'aria per raggiungere lo scopo di perdita di energia. Tuttavia, questo metodo di equalizzazione non migliora l'efficienza di utilizzo della batteria. Inoltre, se la dissipazione del calore è irregolare, la batteria non sarà in grado di completare il compito di gestione termica della batteria a causa del problema del surriscaldamento.
(2) Bilanciamento attivo. Il bilanciamento attivo è un prodotto migliorato del bilanciamento passivo, che compensa gli svantaggi di quest'ultimo. Dal punto di vista del principio di realizzazione, il principio di equalizzazione attiva non si riferisce al principio di equalizzazione passiva, ma adotta un concetto completamente nuovo: l'equalizzazione attiva non converte l'energia elettrica della batteria in energia termica e la dissipa, in modo che l'energia ad alta energia venga trasferita dalla batteria a bassa energia. Inoltre, questo tipo di trasferimento non viola la legge di conservazione dell'energia e presenta i vantaggi di basse perdite, elevata efficienza di utilizzo e risultati rapidi. Tuttavia, la struttura di composizione della gestione del bilanciamento è relativamente complessa. Se il punto di bilanciamento non è controllato correttamente, può causare danni irreversibili al pacco batterie a causa delle sue dimensioni eccessive. In sintesi, sia la gestione del bilanciamento attivo che quella passivo presentano vantaggi e svantaggi. Nelle applicazioni specifiche, i ricercatori possono effettuare una scelta in base alla capacità e al numero di stringhe dei pacchi batterie al litio. I pacchi batteria al litio di bassa capacità e in numero limitato sono adatti alla gestione passiva dell'equalizzazione, mentre i pacchi batteria al litio ad alta capacità e in numero elevato sono adatti alla gestione attiva dell'equalizzazione.
3.3 Le principali tecnologie utilizzate nel sistema di gestione termica della batteria
(1) Determinare l'intervallo di temperatura operativa ottimale della batteria. Il sistema di gestione termica viene utilizzato principalmente per coordinare la temperatura intorno alla batteria, quindi, al fine di garantire l'efficacia dell'applicazione del sistema di gestione termica, la tecnologia chiave sviluppata dai ricercatori viene utilizzata principalmente per determinare la temperatura di funzionamento della batteria. Finché la temperatura della batteria viene mantenuta entro un intervallo appropriato, la batteria al litio può sempre essere nelle migliori condizioni di funzionamento, fornendo energia sufficiente per il funzionamento dei veicoli a nuova energia. In questo modo, le prestazioni della batteria al litio dei veicoli a nuova energia possono essere sempre in condizioni eccellenti.
(2) Calcolo dell'intervallo termico della batteria e previsione della temperatura. Questa tecnologia implica un gran numero di calcoli basati su modelli matematici. Gli scienziati utilizzano metodi di calcolo corrispondenti per ottenere la differenza di temperatura all'interno della batteria e la utilizzano come base per prevedere il possibile comportamento termico della batteria.
(3) Selezione del mezzo di trasferimento del calore. Le prestazioni superiori del sistema di gestione termica dipendono dalla scelta del mezzo di trasferimento del calore. La maggior parte dei veicoli a nuova energia attuali utilizza aria/liquido refrigerante come mezzo di raffreddamento. Questo metodo di raffreddamento è semplice da utilizzare, ha un basso costo di produzione e può raggiungere bene lo scopo della dissipazione del calore della batteria.Riscaldatore ad aria PTC/Riscaldatore del liquido di raffreddamento PTC)
(4) Adottare un design della struttura di ventilazione e dissipazione del calore parallelo. Il design di ventilazione e dissipazione del calore tra i pacchi di batterie al litio può espandere il flusso d'aria in modo che possa essere distribuito uniformemente tra i pacchi di batterie, risolvendo efficacemente la differenza di temperatura tra i moduli della batteria.
(5) Selezione del punto di misurazione della ventola e della temperatura. In questo modulo, i ricercatori hanno utilizzato un gran numero di esperimenti per effettuare calcoli teorici e successivamente hanno utilizzato metodi di fluidodinamica per ottenere i valori di consumo energetico della ventola. In seguito, i ricercatori utilizzeranno elementi finiti per trovare il punto di misurazione della temperatura più adatto al fine di ottenere con precisione i dati sulla temperatura della batteria.
Data di pubblicazione: 10 settembre 2024
