पावर बैटरी हीट ट्रांसफर माध्यम के थर्मल प्रबंधन प्रणाली का विश्लेषण

नई ऊर्जा वाहनों की प्रमुख प्रौद्योगिकियों में से एक पावर बैटरी है।बैटरियों की गुणवत्ता एक ओर इलेक्ट्रिक वाहनों की लागत निर्धारित करती है, और दूसरी ओर इलेक्ट्रिक वाहनों की ड्राइविंग रेंज।स्वीकृति और तेजी से अपनाने के लिए मुख्य कारक।

पावर बैटरियों की उपयोग विशेषताओं, आवश्यकताओं और अनुप्रयोग क्षेत्रों के अनुसार, देश और विदेश में पावर बैटरियों के अनुसंधान और विकास प्रकार मोटे तौर पर हैं: सीसा-एसिड बैटरी, निकल-कैडमियम बैटरी, निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी, लिथियम-आयन बैटरी, ईंधन सेल इत्यादि, जिनमें से लिथियम-आयन बैटरी के विकास पर सबसे अधिक ध्यान दिया जाता है।

पावर बैटरी ताप उत्पादन व्यवहार

ताप स्रोत, ताप उत्पादन दर, बैटरी ताप क्षमता और पावर बैटरी मॉड्यूल के अन्य संबंधित पैरामीटर बैटरी की प्रकृति से निकटता से संबंधित हैं।बैटरी द्वारा जारी गर्मी बैटरी की रासायनिक, यांत्रिक और विद्युत प्रकृति और विशेषताओं, विशेष रूप से विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रकृति पर निर्भर करती है।बैटरी प्रतिक्रिया में उत्पन्न ऊष्मा ऊर्जा को बैटरी प्रतिक्रिया ऊष्मा Qr द्वारा व्यक्त किया जा सकता है;इलेक्ट्रोकेमिकल ध्रुवीकरण के कारण बैटरी का वास्तविक वोल्टेज उसके संतुलन इलेक्ट्रोमोटिव बल से विचलित हो जाता है, और बैटरी ध्रुवीकरण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि को Qp द्वारा व्यक्त किया जाता है।प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार आगे बढ़ने वाली बैटरी प्रतिक्रिया के अलावा, कुछ साइड प्रतिक्रियाएं भी होती हैं।विशिष्ट प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और बैटरी स्व-निर्वहन शामिल हैं।इस प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाली पार्श्व प्रतिक्रिया ऊष्मा Qs है।इसके अलावा, क्योंकि किसी भी बैटरी में अनिवार्य रूप से प्रतिरोध होगा, करंट प्रवाहित होने पर जूल ऊष्मा Qj उत्पन्न होगी।इसलिए, बैटरी की कुल ऊष्मा निम्नलिखित पहलुओं की ऊष्मा का योग है: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj।

विशिष्ट चार्जिंग (डिस्चार्जिंग) प्रक्रिया के आधार पर, बैटरी में गर्मी उत्पन्न करने वाले मुख्य कारक भी भिन्न होते हैं।उदाहरण के लिए, जब बैटरी सामान्य रूप से चार्ज होती है, तो Qr प्रमुख कारक होता है;और बैटरी चार्जिंग के बाद के चरण में, इलेक्ट्रोलाइट के अपघटन के कारण, साइड रिएक्शन होने लगते हैं (साइड रिएक्शन हीट Qs है), जब बैटरी लगभग पूरी तरह से चार्ज हो जाती है और ओवरचार्ज हो जाती है, तो मुख्य रूप से इलेक्ट्रोलाइट अपघटन होता है, जहां Qs हावी होता है .जूल ऊष्मा Qj धारा और प्रतिरोध पर निर्भर करती है।आमतौर पर उपयोग की जाने वाली चार्जिंग विधि निरंतर धारा के तहत की जाती है, और Qj इस समय एक विशिष्ट मान है।हालाँकि, स्टार्ट-अप और त्वरण के दौरान, करंट अपेक्षाकृत अधिक होता है।HEV के लिए, यह दसियों एम्पीयर से सैकड़ों एम्पीयर की धारा के बराबर है।इस समय, जूल हीट Qj बहुत बड़ी है और बैटरी हीट रिलीज़ का मुख्य स्रोत बन जाती है।

थर्मल प्रबंधन नियंत्रणीयता के दृष्टिकोण से, थर्मल प्रबंधन प्रणालियों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सक्रिय और निष्क्रिय।गर्मी हस्तांतरण माध्यम के दृष्टिकोण से, थर्मल प्रबंधन प्रणालियों को विभाजित किया जा सकता है: एयर-कूल्ड, लिक्विड-कूल्ड और चरण-परिवर्तन थर्मल स्टोरेज।

गर्मी हस्तांतरण माध्यम के रूप में हवा के साथ थर्मल प्रबंधन

ताप स्थानांतरण माध्यम का थर्मल प्रबंधन प्रणाली के प्रदर्शन और लागत पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।गर्मी हस्तांतरण माध्यम के रूप में हवा का उपयोग सीधे हवा को पेश करना है ताकि गर्मी अपव्यय के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए यह बैटरी मॉड्यूल के माध्यम से प्रवाहित हो।आम तौर पर, पंखे, इनलेट और आउटलेट वेंटिलेशन और अन्य घटकों की आवश्यकता होती है।
वायु सेवन के विभिन्न स्रोतों के अनुसार, आम तौर पर निम्नलिखित रूप होते हैं:
1 बाहरी वायु वेंटिलेशन के साथ निष्क्रिय शीतलन
2. यात्री डिब्बे के वायु संवातन के लिए निष्क्रिय शीतलन/हीटिंग
3. बाहरी या यात्री डिब्बे की हवा का सक्रिय शीतलन/हीटिंग
निष्क्रिय प्रणाली संरचना अपेक्षाकृत सरल है और मौजूदा वातावरण का सीधे उपयोग करती है।उदाहरण के लिए, यदि सर्दियों में बैटरी को गर्म करने की आवश्यकता होती है, तो यात्री डिब्बे में गर्म वातावरण का उपयोग हवा लेने के लिए किया जा सकता है।यदि ड्राइविंग के दौरान बैटरी का तापमान बहुत अधिक है और यात्री डिब्बे में हवा का ठंडा प्रभाव अच्छा नहीं है, तो ठंडा करने के लिए बाहर से ठंडी हवा ली जा सकती है।

सक्रिय प्रणाली के लिए, हीटिंग या कूलिंग फ़ंक्शन प्रदान करने और बैटरी की स्थिति के अनुसार स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करने के लिए एक अलग प्रणाली स्थापित करने की आवश्यकता होती है, जिससे वाहन की ऊर्जा खपत और लागत भी बढ़ जाती है।विभिन्न प्रणालियों का चुनाव मुख्य रूप से बैटरी की उपयोग आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम के रूप में तरल के साथ थर्मल प्रबंधन

माध्यम के रूप में तरल के साथ गर्मी हस्तांतरण के लिए, संवहन और गर्मी चालन के रूप में अप्रत्यक्ष हीटिंग और शीतलन का संचालन करने के लिए मॉड्यूल और तरल माध्यम, जैसे वॉटर जैकेट, के बीच गर्मी हस्तांतरण संचार स्थापित करना आवश्यक है।ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम पानी, एथिलीन ग्लाइकॉल या रेफ्रिजरेंट भी हो सकता है।ध्रुव के टुकड़े को ढांकता हुआ तरल में डुबोने से भी प्रत्यक्ष गर्मी हस्तांतरण होता है, लेकिन शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए इन्सुलेशन उपाय किए जाने चाहिए।

निष्क्रिय तरल शीतलन आम तौर पर तरल-परिवेश वायु ताप विनिमय का उपयोग करता है और फिर द्वितीयक ताप विनिमय के लिए बैटरी में कोकून पेश करता है, जबकि सक्रिय शीतलन प्राथमिक शीतलन प्राप्त करने के लिए इंजन शीतलक-तरल माध्यम हीट एक्सचेंजर्स, या इलेक्ट्रिक हीटिंग/थर्मल तेल हीटिंग का उपयोग करता है।यात्री केबिन एयर/एयर कंडीशनिंग रेफ्रिजरेंट-तरल माध्यम के साथ हीटिंग, प्राथमिक शीतलन।
माध्यम के रूप में हवा और तरल के साथ थर्मल प्रबंधन प्रणाली के लिए पंखे, पानी पंप, हीट एक्सचेंजर्स, हीटर की आवश्यकता होती है (पीटीसी एयर हीटर), पाइपलाइन और अन्य सहायक उपकरण संरचना को बहुत बड़ा और जटिल बनाते हैं, और बैटरी ऊर्जा की भी खपत करते हैं, सरणी बैटरी की शक्ति घनत्व और ऊर्जा घनत्व कम हो जाती है।
(पीटीसी शीतलकहीटर) वाटर-कूल्ड बैटरी कूलिंग सिस्टम बैटरी से गर्मी को बैटरी कूलर के माध्यम से एयर कंडीशनिंग रेफ्रिजरेंट सिस्टम में और फिर कंडेनसर के माध्यम से पर्यावरण में स्थानांतरित करने के लिए शीतलक (50% पानी / 50% एथिलीन ग्लाइकॉल) का उपयोग करता है।बैटरी कूलर द्वारा हीट एक्सचेंज के बाद आयातित पानी का तापमान कम तापमान तक पहुंचना आसान है, और बैटरी को सर्वोत्तम कामकाजी तापमान सीमा पर संचालित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है;सिस्टम सिद्धांत चित्र में दिखाया गया है।रेफ्रिजरेंट प्रणाली के मुख्य घटकों में शामिल हैं: कंडेनसर, इलेक्ट्रिक कंप्रेसर, बाष्पीकरणकर्ता, स्टॉप वाल्व के साथ विस्तार वाल्व, बैटरी कूलर (स्टॉप वाल्व के साथ विस्तार वाल्व) और एयर कंडीशनिंग पाइप, आदि;ठंडा पानी सर्किट में शामिल हैं:विद्युत जल पंप, बैटरी (कूलिंग प्लेट सहित), बैटरी कूलर, पानी के पाइप, विस्तार टैंक और अन्य सहायक उपकरण।