Wärmemanagement des Batteriesystems
Wärmemanagement der Batterieumfasst hauptsächlich Kühlung, Heizung und Temperaturausgleich. Die Kühl- und Heizfunktionen berücksichtigen in erster Linie die möglichen Auswirkungen der äußeren Umgebungstemperatur auf die Batterie. Der Temperaturausgleich reduziert Temperaturunterschiede innerhalb des Akkupacks und verhindert so eine schnelle Verschlechterung des Akkus durch Überhitzung in bestimmten Bereichen.
Im Allgemeinen werden Kühlmethoden für Leistungsbatterien hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und direkte Kühlung. Die Luftkühlung nutzt natürliche Luft oder Kühlluft aus dem Fahrgastraum, um einen Wärmeaustausch und eine Kühlung über die Batterieoberfläche zu erreichen. Bei der Flüssigkeitskühlung werden in der Regel unabhängige Kühlmittelleitungen zum Heizen oder Kühlen der Leistungsbatterie verwendet. Dies ist derzeit die gängige Kühlmethode, die in Tesla- und Volt-Batterien verwendet wird. Direkte Kühlsysteme machen separate Kühlleitungen für die Leistungsbatterie überflüssig und nutzen direkt Kältemittel zur Kühlung.
1. Luftkühlsystem
Frühe Energiebatterien nutzten aufgrund ihrer geringeren Kapazität und Energiedichte häufig Luftkühlung. Die Luftkühlung wird in zwei Hauptkategorien unterteilt: natürliche Luftkühlung und erzwungene Luftkühlung (mithilfe eines Ventilators), wobei natürliche Luft oder kühle Luft aus dem Fahrgastraum zum Kühlen der Batterie genutzt wird.
Derzeit befinden sich die 48-V-Batterien in 48-V-Mildhybridfahrzeugen im Allgemeinen im Fahrgastraum und werden durch Luft gekühlt. Luftkühlungssysteme sind relativ einfach aufgebaut, technologisch ausgereift und kostengünstig. Aufgrund der begrenzten Wärmeableitungskapazität der Luft ist ihre Wärmeaustauscheffizienz jedoch gering, was zu einer schlechten Gleichmäßigkeit der Innentemperatur und Schwierigkeiten bei der genauen Steuerung der Batterietemperatur führt. Daher eignen sich Luftkühlungssysteme generell für Anwendungen mit kurzen Reichweiten und leichten Fahrzeugen.
2. Flüssigkeitskühlsysteme
Bei der Flüssigkeitskühlung wird ein Kühlmittel zum Wärmeaustausch mit der Batterie verwendet. Kühlmittel werden in zwei Arten unterteilt: solche, die direkt mit den Batteriezellen in Kontakt kommen können (Silikonöl, Rizinusöl usw.) und solche, die über Wasserkanäle mit den Zellen in Kontakt kommen (Wasser und Ethylenglykol usw.); Derzeit wird häufiger eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol verwendet. Flüssigkeitskühlsysteme umfassen typischerweise einen Kühler, der an den Kühlkreislauf gekoppelt ist und das Kältemittel nutzt, um der Batterie Wärme zu entziehen. Die Kernkomponenten sind Kompressor, Kühler und Wasserpumpe. Der Kompressor als Energiequelle für die Kühlung bestimmt die Wärmeaustauschkapazität des gesamten Systems. Der Kühler erleichtert den Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Kühlmittel, und die Menge des Wärmeaustauschs bestimmt direkt die Kühlmitteltemperatur. Die Wasserpumpe bestimmt die Durchflussmenge des Kühlmittels in den Rohren; Eine schnellere Durchflussrate führt zu einer besseren Wärmeaustauschleistung und umgekehrt.
Flüssigkeitskühlsysteme bieten eine größere Flexibilität. Kühlkanäle können zwischen Batteriemodulen installiert werden (derzeit der gängige Ansatz), Kühlplatten können am Boden der Batterie verwendet werden oder die Zellen oder Module können in Kühlmittel getaucht werden. Zu den Vorteilen von Flüssigkeitskühlsystemen zählen hohe Wärmeübergangskoeffizienten, schnelle Durchflussraten, gute Temperaturgleichmäßigkeit und präzise Temperaturregelung. Zu den Nachteilen gehören die Komplexität des Systems, hohe Anforderungen an die Abdichtung, ein erheblicher Anteil des Kühlsystems am Gewicht des Batteriepakets und relativ hohe Kosten.
