Forschung zum Wärmemanagement von Tauchbatterien
Leistung, Lebensdauer und Sicherheit von Batterien hängen eng mit der Temperatur zusammen. Hohe Temperaturen und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung verkürzen die Lebensdauer der Batterie sowie die Lade- und Entladeeffizienz erheblich. Wenn die Temperatur weiter steigt und die kritische Temperatur des thermischen Durchgehens der Batterie erreicht, kann die Batterie Feuer fangen oder sogar explodieren. Andererseits steigen der Innenwiderstand, die Wärmeentwicklung und der Energieverbrauch von Lithium-Ionen-Batterien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen. Daher ist es sehr wichtig, die Batterie so zu steuern, dass sie im optimalen Temperaturbereich arbeitet, den maximalen Temperaturunterschied zwischen den Batterien zu verringern und die Temperaturgleichmäßigkeit zwischen den einzelnen Zellen sicherzustellen.
In den letzten Jahren werden mit der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen an Batterie-Wärmemanagementsysteme zunehmend Flüssigkeitskühlsysteme im Batterie-Wärmemanagement eingesetzt. Sie verwenden hauptsächlich Kühlplatten, Wassermäntel, Kühlrippen und andere Flüssigkeiten, um die Batterietemperatur ohne direkten Kontakt zu regeln. Durch den nicht direkten Kontakt verringert sich jedoch die Wärmeableitungs-/Heizleistung der Flüssigkeit.
Aufbau und Prinzip des Wärmemanagementsystems
Das in diesem Dokument untersuchte Wärmemanagementsystem für Batterien mit direktem Flüssigkeitskontakt umfasst Batteriepacks, Batteriekästen, Kühler, elektronisch gesteuerte Zweipositions-Dreiwegeventile, Ölpumpen, Filter und Durchgangs-PTC-Heizgeräte.
Beim Wärmemanagementsystem für Batterien mit direktem Flüssigkeitskontakt wird das Batteriegehäuse mit Flüssigkeit gefüllt und der Batteriesatz vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht, was eine gute Isolierung der Flüssigkeit erfordert. Silikonöl hat die Vorteile einer großen spezifischen Wärmekapazität, einer guten Wärmeleitfähigkeit, eines mittleren und niedrigen Viskositätskoeffizienten, eines hohen Zündpunkts, einer guten Isolierung und einer guten Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Nach umfassender Analyse wurde Silikonöl als Umlaufmedium des Wärmemanagementsystems ausgewählt. Es hat eine Dichte von 960 kg/m3, eine spezifische Wärmekapazität von 1510 J/(kg·K), eine Wärmeleitfähigkeit von 0,157 W/(m·K), eine kinematische Viskosität von 0,003 84 m2/s und einen Fließpunkt von -60'C.
Während der Wärmeableitung steuert der Regler das Zweistellungs-Dreiwegeventil, um den Heizkörper mit dem Kreislauf zu verbinden, den Heizkreislauf zu schließen und die Wärmeableitungsfunktion des Systems zu realisieren; während des Heizens steuert der Regler das Zweistellungs-Dreiwegeventil, um die PTC-Heizung mit dem Kreislauf zu verbinden, den Wärmeableitungskreislauf zu schließen und die Heizfunktion des Systems zu realisieren.
