बैटरी थर्मल मैनेजमेंट सिस्टम (बीटीएमएस) का संक्षिप्त परिचय

नई ऊर्जा से चलने वाले वाहनों के मुख्य ऊर्जा स्रोत के रूप में पावर बैटरी का महत्व सर्वविदित है। वाहनों के वास्तविक उपयोग में, बैटरी को जटिल और विविध परिचालन स्थितियों का सामना करना पड़ता है। ड्राइविंग रेंज बढ़ाने के लिए, वाहनों को एक निश्चित स्थान में यथासंभव अधिक से अधिक बैटरी सेल लगाने की आवश्यकता होती है, इसलिए वाहन पर बैटरी पैक का स्थान बहुत सीमित होता है। वाहन के संचालन के दौरान बैटरी बड़ी मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न करती है और अपेक्षाकृत छोटे स्थान में समय के साथ जमा होती रहती है। बैटरी पैक के भीतर बैटरी सेल की सघन स्टैकिंग के कारण, मध्य क्षेत्र में ऊष्मा का विमोचन अपेक्षाकृत कठिन हो जाता है, जिससे सेल के बीच तापमान में असमानता बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप, यह बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दक्षता को कम कर देता है और इसकी शक्ति को प्रभावित करता है; गंभीर मामलों में, यह थर्मल रनवे का कारण भी बन सकता है, जिससे सिस्टम की सुरक्षा और जीवनकाल प्रभावित होता है।
पावर बैटरियों का तापमान उनके प्रदर्शन, जीवनकाल और सुरक्षा पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। कम तापमान पर, लिथियम-आयन बैटरियों का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ सकता है और क्षमता घट सकती है। अत्यधिक गंभीर मामलों में, इससे इलेक्ट्रोलाइट जम सकता है और बैटरी डिस्चार्ज होने में असमर्थ हो सकती है। बैटरी सिस्टम का कम तापमान पर प्रदर्शन बुरी तरह प्रभावित होता है, जिसके परिणामस्वरूप पावर आउटपुट में गिरावट आती है और इलेक्ट्रिक वाहनों की ड्राइविंग रेंज कम हो जाती है। कम तापमान की स्थिति में नई ऊर्जा वाहनों को चार्ज करते समय, बीएमएस आमतौर पर चार्जिंग से पहले बैटरी को उपयुक्त तापमान तक गर्म करता है। यदि इसे ठीक से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो इससे तात्कालिक वोल्टेज ओवरचार्जिंग हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक शॉर्ट सर्किट हो सकता है, जो आगे चलकर धुआं, आग और यहां तक ​​कि विस्फोट का कारण भी बन सकता है। इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी सिस्टम में कम तापमान पर चार्जिंग से संबंधित सुरक्षा संबंधी मुद्दों ने ठंडे क्षेत्रों में इलेक्ट्रिक वाहनों के प्रचार को काफी हद तक सीमित कर दिया है।
बैटरी थर्मल प्रबंधनबीएमएस में यह एक महत्वपूर्ण कार्य है, मुख्य रूप से यह सुनिश्चित करना कि बैटरी पैक हमेशा उपयुक्त तापमान सीमा के भीतर काम कर सके, जिससे बैटरी पैक की इष्टतम कार्यशील स्थिति बनी रहे।बैटरियों का तापीय प्रबंधनइसमें मुख्य रूप से शीतलन, तापन और तापमान संतुलन जैसे कार्य शामिल हैं। शीतलन और तापन कार्यों को मुख्य रूप से बैटरी पर बाहरी पर्यावरणीय तापमान के संभावित प्रभाव के अनुसार समायोजित किया जाता है। तापमान संतुलन का उपयोग बैटरी पैक के अंदर तापमान के अंतर को कम करने और बैटरी के किसी विशेष भाग के अत्यधिक गर्म होने से होने वाली तीव्र क्षति को रोकने के लिए किया जाता है।
सामान्यतः, पावर बैटरियों के शीतलन मोड को मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: वायु शीतलन, तरल शीतलन और प्रत्यक्ष शीतलन। वायु शीतलन मोड में, बैटरी की सतह से प्राकृतिक हवा या यात्री डिब्बे से आने वाली ठंडी हवा को गुजारकर ऊष्मा विनिमय और शीतलन किया जाता है। तरल शीतलन में आमतौर पर पावर बैटरियों को गर्म या ठंडा करने के लिए स्वतंत्र शीतलक पाइपलाइनों का उपयोग किया जाता है। वर्तमान में, टेस्ला और वोल्ट जैसी कंपनियों द्वारा उपयोग की जाने वाली यह विधि शीतलन का मुख्य स्रोत है। प्रत्यक्ष शीतलन प्रणाली में पावर बैटरी की शीतलन पाइपलाइन को हटा दिया जाता है और सीधे रेफ्रिजरेंट का उपयोग करके पावर बैटरी को ठंडा किया जाता है।
1. एयर कूलिंग सिस्टम:
शुरुआती पावर बैटरियों को उनकी कम क्षमता और ऊर्जा घनत्व के कारण अक्सर वायु शीतलन द्वारा ठंडा किया जाता था। वायु शीतलन को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: प्राकृतिक वायु शीतलन और जबरन वायु शीतलन (पंखों का उपयोग करके), जो बैटरी को ठंडा करने के लिए प्राकृतिक हवा या कैबिन से आने वाली ठंडी हवा का उपयोग करते हैं।
एयर-कूल्ड सिस्टम के प्रमुख उदाहरणों में निसान लीफ, किआ सोल ईवी आदि शामिल हैं। वर्तमान में, 48V माइक्रो हाइब्रिड वाहनों की 48V बैटरियां आमतौर पर यात्री डिब्बे में लगाई जाती हैं और एयर कूलिंग द्वारा ठंडी की जाती हैं। एक विशिष्ट पावर बैटरी का एयर कूलिंग पाथ डायग्राम चित्र 2 में दिखाया गया है। एयर-कूल्ड सिस्टम की संरचना अपेक्षाकृत सरल है, तकनीक अपेक्षाकृत विकसित है और लागत अपेक्षाकृत कम है। हालांकि, हवा द्वारा सीमित ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता के कारण, इसकी ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता कम है और बैटरी के आंतरिक तापमान की एकरूपता कम है, जिससे बैटरी के तापमान पर सटीक नियंत्रण प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, एयर-कूल्ड सिस्टम आमतौर पर कम ड्राइविंग रेंज और हल्के वाहन भार वाली स्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।
2. तरल शीतलन प्रणाली
लिक्विड कूलिंग मोड में बैटरी ऊष्मा के आदान-प्रदान के लिए कूलिंग लिक्विड का उपयोग करती है, और इसका आरेख चित्र 3 में दिखाया गया है। कूलेंट दो प्रकार के होते हैं: बैटरी सेल्स के साथ सीधा संपर्क (सिलिकॉन ऑयल, अरंडी का तेल, आदि) और पानी के चैनलों के माध्यम से बैटरी सेल्स के साथ संपर्क (पानी और एथिलीन ग्लाइकॉल, आदि); वर्तमान में, पानी और एथिलीन ग्लाइकॉल के मिश्रित घोल का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। लिक्विड कूलिंग सिस्टम में आमतौर पर रेफ्रिजरेशन साइकिल के साथ एक चिलर जोड़ा जाता है, जो रेफ्रिजरेंट के माध्यम से बैटरी से ऊष्मा को दूर करता है; इसके मुख्य घटक कंप्रेसर, चिलर और अन्य हैं।पानी का पम्पकंप्रेसर, प्रशीतन के लिए शक्ति स्रोत के रूप में, संपूर्ण प्रणाली की ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता निर्धारित करता है। चिलर रेफ्रिजरेंट और कूलेंट के आदान-प्रदान में भूमिका निभाता है, और ऊष्मा विनिमय की मात्रा सीधे कूलेंट के तापमान को निर्धारित करती है। वाटर पंप पाइपलाइन में कूलेंट की प्रवाह दर निर्धारित करता है, और प्रवाह दर जितनी तेज़ होगी, ऊष्मा स्थानांतरण उतना ही बेहतर होगा, और इसके विपरीत भी सत्य है।

3. प्रत्यक्ष शीतलन प्रणाली:

चित्र 11 में दिखाए अनुसार, डायरेक्ट कूलिंग सिस्टम एयर कंडीशनिंग सिस्टम के रेफ्रिजरेंट का उपयोग करके पावर बैटरी को सीधे ठंडा करता है। एयर कंडीशनिंग सिस्टम का इवेपोरेटर सीधे बैटरी सिस्टम में स्थापित होता है, और रेफ्रिजरेंट इवेपोरेटर में वाष्पीकृत होकर बैटरी सिस्टम द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को सीधे दूर करता है, जिससे शीतलन प्रक्रिया तेज और अधिक प्रभावी हो जाती है। वर्तमान में, डायरेक्ट कूलिंग का उपयोग करने वाले मॉडल अपेक्षाकृत कम हैं, जिनमें सबसे आम उदाहरण BMW i3 है। तरल पदार्थों के बीच मध्यवर्ती ऊष्मा विनिमय न होने के कारण, इस रेफ्रिजरेशन सिस्टम की संरचना कॉम्पैक्ट है, शीतलन दक्षता अधिक है (लिक्विड कूलिंग की तुलना में 3-4 गुना अधिक), और लागत अपेक्षाकृत कम है। लेकिन समस्या यह है कि पाइपलाइन में रेफ्रिजरेंट के गैस-तरल रूपांतरण के कारण, पूरे सिस्टम का नियंत्रण अपेक्षाकृत जटिल है और तापमान की एकरूपता कम है। साथ ही, सिस्टम के लिए उच्च दबाव प्रतिरोध और सीलिंग की उच्च आवश्यकताएं होती हैं, जो पूरे वाहन में इसके अनुप्रयोग के लिए एक महत्वपूर्ण जोखिम पैदा करती हैं।