Arten von Batterie-Wärmemanagementsystemen
Verschiedene Methoden zum Wärmemanagement von Batterien erfordern eine unterschiedliche Anzahl von Teilen, Strukturen und Anordnungen. Je nach Fahrzeugentwicklungskosten, Fahrzeuggewicht und Platzbedarf werden verschiedene Arten von Wärmemanagementsystemen ausgewählt. Die wichtigsten technischen Routen sind die folgenden fünf Typen:
1. Direktkühlungstyp
Das als Batterie-Direktkühlungstechnologie bezeichnete Direktkühlsystem ist ein in die Batterie eingebauter Kälteverdampfer, der über eine Rohrleitung mit der Klimaanlage verbunden ist. Wenn die Batterie gekühlt werden muss, wird der Kompressor verwendet, um das komprimierte Kältemittel in den Verdampfer in der Batterie zu befördern und dann die Wärme aus der Batterie abzuführen, um den Kühleffekt zu erzielen. Das System bietet die Vorteile einer kompakten Struktur, einer guten Kühlwirkung, einer geringen Anzahl von Teilen (nur eine Einlass- und eine Auslasskühlleitung ist erforderlich), einem geringen Gewicht usw. Der Nachteil dieses Systems besteht jedoch darin, dass es die darunter liegende Batterie nicht erwärmen kann Bei Temperaturen unter Null ist das während des Kühlprozesses entstehende Kondenswasser ungeschützt und die Temperaturgleichmäßigkeit des Kältemittels ist schwer zu kontrollieren. Das Kühlsystem hat eine kurze Lebensdauer und geringe Zuverlässigkeit, und häufig treten Kältemittellecks, unzureichende Kühlkapazität und andere Störungen auf. Dabei handelt es sich um die neueste Batteriekühlungstechnologie mit einem relativ geringen Reifegrad. Es wurde in Massenmodellen wie BYD und Tesla auf dem Markt eingesetzt. Es handelt sich um eine wichtige technische Route der Zukunft, wie in Abbildung 1 dargestellt.
2. Kühlertyp mit Wasserkühlung
Der Kühlerkühlkreislauf ist ein unabhängiger Kreislauf, der aus einem Kühler, einer elektronischen Wasserpumpe, einer Heizung usw. mit Frostschutzmittel als Medium besteht. Das Frostschutzmittel tritt aus dem Kühler aus, gelangt durch die Heizung zur Batterie und kehrt schließlich zum Kühler zurück. Mit dieser Zirkulationsmethode wird die Batterie gekühlt und erwärmt. Das System bietet die Vorteile einer einfachen Struktur, niedriger Kosten und Energieeinsparung in einer Umgebung mit dauerhaft niedrigen Temperaturen. Allerdings weist das System eine geringe Wärmeableitungseffizienz auf und die Wassertemperatur ist in einer Hochtemperaturumgebung im Sommer hoch, was die Nutzungsbedingungen in einer Hochtemperaturumgebung nicht erfüllen kann, wie in Abbildung 2 dargestellt.
3. Direktkühlung und Wasserkühlung
Dieses System ist auf der Basis von Direktkühlung und Wasserkühlung integriert und verbindet die Klimaanlage und das Wasserkühlsystem durch den Batteriekühler Chiller (auch Wärmetauscher genannt). Dieses System vermeidet die Nachteile der ersten beiden Kühlmethoden und ist eines der am häufigsten verwendeten Batterie-Wärmemanagementsysteme. Das System verfügt über mehr Komponenten als die ersten beiden, ist komplexer und der erforderliche Platz für die Komponentenanordnung ist relativ groß. Während des Betriebs ist die Kompressorlast hoch, was viel Energie für das gesamte Fahrzeug verbraucht und eine schlechte Wirtschaftlichkeit zur Folge hat. Darüber hinaus kann bei einem teilweisen Ausfall der Klimaanlage der Kühlbedarf der Batterie nicht vollständig gedeckt werden, wie in Abbildung 3 dargestellt.
4. Wassergekühlter Hybridtyp
Dieses System basiert auf dem Direktkühlwasserkühlsystem und fügt ein Kühlerwasserkühlsystem hinzu. Die beiden sind in Parallelschaltungen angeordnet. Durch die Steuerung des Magnetventils werden unterschiedliche Kreisläufe zur Kühlung der Batterie unter unterschiedlichen Bedingungen genutzt. In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen muss nur das Wasserkühlsystem des Kühlers funktionieren. Wenn Sie sich in einer Umgebung mit hohen Temperaturen befinden, schalten Sie auf das direkte Kühlwasserkühlsystem um. Unter rauen Arbeitsbedingungen können die beiden Systeme gleichzeitig arbeiten und der Akku kann zudem die maximale Kühlleistung erreichen, wodurch grundsätzlich alle Einsatzumgebungen abgedeckt werden können. Dieses Kühlsystem ist äußerst komplex und kostspielig und stellt hohe Anforderungen an den Bauraum des gesamten Fahrzeugs. Die Steuerungsstrategie des Systems ist komplex und Stabilität und Zuverlässigkeit stellen eine Herausforderung dar. Dieses System kommt auch in den meisten Hybrid-PHEV-Modellen auf dem Markt zum Einsatz und verfügt über eine ausgereifte Technologie, wie in Abbildung 4 dargestellt.
5. Luftkühlungsart
Dieses System leitet die Kaltluft über ein Rohr direkt vom Fahrgastraum zur Batterie und nutzt die Kaltluft zur Kühlung der Batterie. Die Vorteile dieses Systems sind einfache Struktur, kontrollierbare Kaltlufttemperatur und niedrige Systemkosten. Allerdings weist es auch die Nachteile des Direktkühlsystems auf. Das System verfügt über keine Heizfunktion und das auf der Batterieoberfläche entstehende Kondenswasser lässt sich nicht leicht trocknen, wodurch die Gefahr von Erosion und Kontamination im Inneren der Batterie besteht. Diese Art der Wärmemanagementmethode wird im Allgemeinen nicht empfohlen, siehe Abbildung 5.
