В конструкциях модулей и блоков используются тепловые системы для контроля температуры элементов батареи. Эффективность конструкции необходимо проверить в репрезентативных условиях, чтобы оценить влияние на изменение температуры элемента и температурные градиенты внутри аккумуляторной батареи. Это особенно распространено при испытаниях на долговечность, когда изменения температуры отдельных элементов могут вызвать различия в старении после продолжительных периодов времени.

Почему важно контролировать температуру

Температура является самым важным фактором, влияющим на величину сопротивления элемента батареи. Сопротивление может, в среднем, изменяться в 40 раз во всем используемом диапазоне температур (рис. 1). Это, в свою очередь, может привести к значительному изменению полезной емкости в зависимости от температуры (рис. 1). Это необходимо учитывать в стратегиях управления, иначе во время использования может возникнуть неожиданное ограничение мощности или диапазона. Степень температурной зависимости невозможно предсказать, поскольку она уникальна для каждой клетки. Температура также влияет на OCV, динамическую характеристику напряжения и долговечность. По этим причинам возможность тестировать ячейки во всем диапазоне условий имеет важное значение.

^{Рисунок 2 Среднее сопротивление при температуре относительно 25°C, 3 ячейки для примера}

^{Рисунок 3 Емкость при температуре относительно 25°C, 3 ячейки для примера 9 0033}

В модуле и уровень упаковки, важно обеспечить репрезентативное управление температурным режимом. Управление температурой в автомобиле будет ограничено возможностями бортового охлаждения/обогрева, которые, в свою очередь, будут ограничены такими факторами, как вес, размер и стоимость. Важно иметь управляемость в тепловой настройке, чтобы оценить влияние способности нагрева/охлаждения и влияние деградации/отказов на производительность тестируемых модулей или блоков. Это особенно важно для испытаний на долговечность, при которых температурные градиенты могут постепенно привести к несоответствию старения внутри упаковки во время использования.

Как спроектировать систему контроля температуры

Установка контроля температуры включает в себя как пассивное, так и активное охлаждение для ячейки батареи (рис. 2). Пассивное охлаждение обеспечивается термокамерами, а активное охлаждение обеспечивается нагревателями/охладителями, подключенными к испытуемой установке.

^{Рис. 4. Иллюстрация испытательной установки с компонентами контроля температуры}

При выборе тепловой системы важно учитывать температурный диапазон, в котором, вероятно, будет работать ваша ячейка, модуль или блок. Диапазоны рабочих температур различаются в зависимости от химического состава и конструкции элементов, при этом каждая модель имеет уникальные рекомендуемые диапазоны температур для работы и хранения. Примеры диапазонов сот показаны на рис. 4. Рекомендуется выбирать оборудование на основе всего спектра сотовых технологий, которые предполагается протестировать.

1. Размер и количество тестируемых устройств (размер камеры)
2. Предполагаемый диапазон температур, в котором будут проводиться испытания
3. Кейс безопасности установки и соответствующая роль камеры. Уровни безопасности камеры часто определяются с использованием уровней EUCAR. и тестирование модуля

   Также важно иметь возможность эффективно отводить нагрев от тестируемого устройства. Обычно это выполняется блоком охлаждения с соответствующим интерфейсом к устройству.

   Для этого есть целый ряд возможностей, и лучший выбор зависит от ряда критериев:
   1. Размер и количество тестируемых устройств.
   2. Ожидаемый ток, подаваемый на тестируемое устройство при постоянной и пиковой нагрузке.
   3. Ожидаемое сопротивление элементов тестируемого устройства.
   4. Если наряду с охлаждением требуется обогрев (например, для имитации обогрева автомобиля в условиях холодного пуска).
   5. Требуется ли контролировать мощность, расход и давление (например, для имитации теплового отказа модулей/блоков).

   Выбор подходящего оборудования затруднен, поскольку значения, относящиеся к тестируемому устройству, могут быть неизвестны до начала тестирования.

   Чем может помочь HORIBA Automotive

   При выборе правильного оборудования для управления температурным режимом необходимо учитывать множество соображений, и это в значительной степени зависит от характеристик тестируемого устройства. HORIBA Automotive располагает библиотекой ячеек, специально охарактеризованных для получения ряда наборов данных для определения размеров объекта.

   У нас также есть опыт глобальных испытательных центров, включая HORIBA MIRA (Великобритания) и E-Harbor (Япония), которые предоставляют реальный опыт тестирования для разработки испытательных центров. Этот опыт помог разработать ведущее в мире испытательное оборудование и системы автоматизации испытаний и может быть использован для помощи клиентам в разработке высокоэффективных решений для испытаний.

   Запрос информации

   У вас есть вопросы или пожелания? Используйте эту форму для связи с нашими специалистами.

   Корпоративный

   Исследование характеристик контроля температуры системы управления температурой батареи, состоящей из многоканального параллельного жидкостного и воздушного охлаждения

4. Li JW, Zhang HY (2020) Тепловые характеристики модуля силовой батареи с композитным материалом с фазовым переходом и внешним жидкостным охлаждением. Int J Тепловая масса Tran 156, 119820

5. “>

   Wang JX, Guo W, Xiong K, Wang (2020) Обзор аэрокосмической технологии распылительного охлаждения. Prog Aerosp Sci 116, 100635

6. Yang Y, Xu XM, Zhang YG, Li C (2020) Синергический анализ характеристик рассеивания тепла аккумуляторной батареи при воздушном охлаждении. Ионика 26:5575–5584

   Статья КАС Google Scholar

7. Ян В., Чжоу Ф., Чжоу Х.Б., Ван К.З., Конг Дж.З. (2020) Тепловые характеристики системы терморегулирования цилиндрической литий-ионной батареи, интегрированной с мини-канальным жидкостным охлаждением и воздушным охлаждением. Appl Therm Eng 175: 115331

   Артикул КАС Google Scholar

8. Park CJA (2003 г.) Динамическая тепловая модель литий-ионной батареи для прогнозирования поведения гибридных автомобилей и автомобилей на топливных элементах. Технический паспорт SAE 112:1835–1842

   Google Scholar

9. “>

   Лян Дж.Л., Ган Ю.Х., Ли И. (2018) Исследование тепловых характеристик системы управления температурой батареи с использованием тепловых трубок при различных температурах окружающей среды. Energy Convers Manag 155: 1–9

   Артикул Google Scholar

10. Wang JX, Li YZ, Yu XK, Li GC, Ji XY (2018) Исследование механизма теплопередачи при распылительном охлаждении большого пространства с низким давлением окружающей среды для систем ближнего космического полета. Int J Heat Mass Transf 119:496–507

    Статья Google Scholar

11. Lu L, Han X, Li J, Hua J, Ouyang M (2013) Обзор ключевых вопросов управления литий-ионными батареями в электромобилях. J Источники питания 226: 272–288

    Артикул КАС Google Scholar

12. Chen FF, Huang R, Wang CM, Yu X, Liu H, Wu Q, Qian K, Bhagat R (2020) Воздушное и PCM-охлаждение для управления температурой батареи с учетом срока службы батареи. Appl Therm Eng 173:115154

    Артикул КАС Google Scholar

13. Wang JX, Li YZ, Zhang Y, Li JX, Mao YF, Ning XW (2018 г.) Гибридная система охлаждения, сочетающая самоадаптирующийся однофазный контур жидкости с механической накачкой и двухфазный модуль распыления, защищенный от гравитации. Energy Convers Manag 176:194–208

    Артикул Google Scholar

14. Yang NX, Zhang XW, Li GJ, Hua D (2015) Оценка производительности принудительного воздушного охлаждения для цилиндрических литий-ионных аккумуляторных батарей: сравнительный анализ между выровненными и расположенными в шахматном порядке элементами. Appl Therm Eng 80:55–65

    Статья КАС Google Scholar

15. JQ E, Han D, Qiu A et al (2018) Ортогональный экспериментальный дизайн конструкции с жидкостным охлаждением на охлаждающем эффекте системы управления температурой батареи с жидкостным охлаждением. Appl Therm Eng 132: 508–520

    Артикул Google Scholar

16. Zou D, Ma X, Liu X, Zheng P, Hu Y (2018) Повышение тепловых характеристик композитных материалов с фазовым переходом (PCM) с использованием графена и углеродных нанотрубок в качестве добавок для потенциального применения в литий-ионных батареях. Int J Heat Mass Transf 120:33–41

    Статья КАС Google Scholar

17. Wu WX, Wang SF, Wu W, Chen K, Hong SH, Lai YX (2019) Критический обзор тепловых характеристик аккумуляторов и управления температурным режимом аккумуляторов на жидкой основе. Energy Convers Manag 182:262–281

    Статья Google Scholar

18. Hallaj SA, Selman JR (2000) Новая система терморегулирования для аккумуляторов электромобилей с использованием материала с фазовым переходом. J Electrochem Soc 147:3231–3236

    Статья КАС Google Scholar

19. Jiang G, Huang J, Fu Y и др. (2017) Термическая оптимизация композитного материала с фазовым переходом/расширенного графита для управления температурой литий-ионных аккумуляторов. Appl Therm Eng 108:1119–1125

    Статья Google Scholar

20. Zhang Z, Fang X (2006) Исследование композитного материала для хранения тепловой энергии парафин/расширенный графит с фазовым переходом. Energy Convers Manag 47:303–310

    Статья КАС Google Scholar

21. Cai Y, Song L, He Q, Yang D, Hu Y (2008) Получение термических и воспламеняющихся свойств новых формостабильных материалов с фазовым переходом на основе полиэтилена высокой плотности/поли(этилен-со-винилацетата) /органофильные монтмориллонитовые нанокомпозиты/парафиновые соединения. Energy Convers Manag 49:2055–2062

    Статья КАС Google Scholar

22. Зариер М.А., Динсер И., Розен М.А. (2019) Новый подход к повышению производительности систем охлаждения аккумуляторов на основе жидкого и парового паров. Energy Convers Manag 187:191–204

    Артикул Google Scholar

23. Wu WX, Yang XQ, Zhang GQ, Chen K, Wang SF (2017) Экспериментальное исследование тепловых характеристик системы терморегулирования батареи на основе материала с фазовым переходом с помощью тепловой трубы. Energy Convers Manag 138:486–492

    Статья Google Scholar

24. Fan YQ, Bao Y, Chen L, Chu Y, Tan XJ, Yang ST (2019) Экспериментальное исследование характеристик терморегулирования воздушного охлаждения для цилиндрических литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Appl Therm Eng 155: 96–109

    Артикул Google Scholar

25. Wang JX, Birbarah P, Docimo D, Yang TY, Alleyne A, Miljkovic N (2021) Наноструктурный тепловой выпрямитель с прыгающими каплями. Phys Rev E 10E3, 023110

26. Wang T, Tseng KJ, Zhao JY, Wei ZB (2014) Тепловое исследование модуля литий-ионной батареи с различными структурами расположения ячеек и стратегиями принудительного воздушного охлаждения. Appl Energy 134:229–238

    Статья Google Scholar

27. JQ E, Yue M, Chen JW et al (2018) Влияние различных стратегий воздушного охлаждения на эффективность охлаждения модуля литий-ионной батареи с перегородкой. Appl Therm Eng 144:231–241

    Статья Google Scholar

28. Дэн Ю, Фэн С, Дж. К. Э., Чжу Х, Чен Дж, Вэнь М, Инь Х (2018) Влияние различных охлаждающих жидкостей и стратегий охлаждения на эффективность охлаждения системы мощных литий-ионных аккумуляторов: обзор. Appl Therm Eng 142: 10–29

    Артикул КАС Google Scholar

29. Wang JX, Li YZ, Zhong ML, Zhang HS (2020) Исследование распыления газовым распылением на плоской и микроструктурированной поверхности. Int J Therm Sci 161,106751

30. Wang C, Zhang GQ, Meng LK, Li X, Situ W, Lv Y, Rao M (2017) Жидкостное охлаждение на основе термокремнеземной пластины для системы управления температурой батареи. Int J Energy Res 41:2468–2479

    Статья КАС Google Scholar

31. Jin LW, Lee PS, Kong XX, Fan Y, Chou SK (2014) Ультратонкий миниканальный LCP для управления температурой аккумулятора электромобиля. Appl Energy 113:1786–1794

    Статья КАС Google Scholar

32. Huo Y, Rao Z, Liu X, Zhao J (2015) Исследование терморегулирования силовой батареи с использованием мини-канальной охлаждающей пластины. Energy Convers Manag 89:387–395

    Статья Google Scholar

33. Чжао Ч.Р., Цао Дж.В., Донг Т., Цзян Ф.М. (2018) Исследование тепловых характеристик разрядки/зарядки модуля цилиндрической литий-ионной батареи, охлаждаемого направленным потоком жидкости. Int J Heat Mass Transf 120:751–762

    Статья КАС Google Scholar

34. Йорис Дж., Джоэри В.М. (2020 г.) Всесторонний обзор будущих систем управления температурным режимом для электромобилей. J Хранилище энергии 31, 101551

35. Ling ZY, Wang FX, Fang XM, Gao XN, Zhang ZG (2015) Гибридная система терморегулирования для литий-ионных аккумуляторов, сочетающая материалы с фазовым переходом и принудительное воздушное охлаждение. Appl Energy 148:403–409

    Статья КАС Google Scholar

36. “>

    Song LM, Zhang HY, Yang C (2019) Термический анализ конфигураций сопряженного охлаждения с использованием материала с фазовым переходом и методов жидкостного охлаждения для модуля батареи. Int J Heat Mass Transf 133: 827–841

    Артикул Google Scholar

37. Wei YY, Chaab MA (2018) Экспериментальное исследование нового гибридного метода охлаждения литий-ионных аккумуляторов. Appl Therm Eng 136:375–387

    Статья Google Scholar

38. Бернарди Д., Павликовски Э., Ньюман Дж. (1985) Общий баланс энергии для аккумуляторных систем. J Electrochem Soc 132:5–12

    Статья КАС Google Scholar

39. Чой Ю.С., Канг Д.М. (2014) Прогнозирование теплового поведения литий-ионной аккумуляторной системы с воздушным охлаждением для гибридных электромобилей. J Power Sources 270:273–280

    Артикул КАС Google Scholar