बैटरी प्रणालियों के लिए थर्मल प्रबंधन समाधान

इसमें कोई संदेह नहीं है कि तापमान का कारक बिजली की बैटरियों के प्रदर्शन, जीवनकाल और सुरक्षा पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। सामान्यतः, हम बैटरी प्रणाली से 15 से 35 डिग्री सेल्सियस के तापमान सीमा में काम करने की अपेक्षा करते हैं, ताकि सर्वोत्तम बिजली उत्पादन और इनपुट, अधिकतम उपलब्ध ऊर्जा और सबसे लंबा चक्र जीवनकाल प्राप्त किया जा सके (यद्यपि कम तापमान पर भंडारण बैटरी के कैलेंडर जीवनकाल को बढ़ा सकता है, लेकिन अनुप्रयोगों में कम तापमान पर भंडारण का अभ्यास करना ज्यादा व्यावहारिक नहीं है, और बैटरियां इस मामले में मनुष्यों के समान ही हैं)।

वर्तमान में, पावर बैटरी सिस्टम के तापीय प्रबंधन को मुख्य रूप से चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: प्राकृतिक शीतलन, वायु शीतलन, द्रव शीतलन और प्रत्यक्ष शीतलन। इनमें से, प्राकृतिक शीतलन एक निष्क्रिय तापीय प्रबंधन विधि है, जबकि वायु शीतलन, द्रव शीतलन और प्रत्यक्ष धारा सक्रिय विधियाँ हैं। इन तीनों में मुख्य अंतर ऊष्मा विनिमय माध्यम में अंतर है।

· प्राकृतिक शीतलन
फ्री कूलिंग में हीट एक्सचेंज के लिए कोई अतिरिक्त उपकरण नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, BYD ने LFP सेल का उपयोग करने वाले Qin, Tang, Song, E6, Tengshi और अन्य मॉडलों में प्राकृतिक कूलिंग को अपनाया है। यह समझा जाता है कि BYD आगामी मॉडलों में टर्नरी बैटरी का उपयोग करने के लिए लिक्विड कूलिंग का उपयोग करेगा।

· हवा ठंडी करना (पीटीसी एयर हीटर)
वायु शीतलन में ऊष्मा स्थानांतरण के लिए वायु का उपयोग किया जाता है। इसके दो सामान्य प्रकार हैं। पहला प्रकार निष्क्रिय वायु शीतलन कहलाता है, जिसमें ऊष्मा विनिमय के लिए सीधे बाहरी वायु का उपयोग किया जाता है। दूसरा प्रकार सक्रिय वायु शीतलन है, जिसमें बैटरी प्रणाली में प्रवेश करने से पहले बाहरी वायु को पहले से गर्म या ठंडा किया जाता है। शुरुआती दौर में, कई जापानी और कोरियाई इलेक्ट्रिक वाहनों में वायु शीतलन प्रणाली का उपयोग किया जाता था।

· तरल शीतलन
तरल शीतलन में ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम के रूप में एंटीफ्रीज़ (जैसे एथिलीन ग्लाइकॉल) का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर समाधान में कई अलग-अलग ऊष्मा विनिमय परिपथ होते हैं। उदाहरण के लिए, VOLT में एक रेडिएटर परिपथ, एक एयर कंडीशनिंग परिपथ (पीटीसी एयर कंडीशनिंग), और एक पीटीसी सर्किट (पीटीसी कूलेंट हीटरबैटरी प्रबंधन प्रणाली तापीय प्रबंधन रणनीति के अनुसार प्रतिक्रिया करती है, समायोजित होती है और स्विच करती है। टेस्ला मॉडल एस में मोटर कूलिंग के साथ श्रृंखला में एक सर्किट होता है। जब बैटरी को कम तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है, तो मोटर कूलिंग सर्किट को बैटरी कूलिंग सर्किट के साथ श्रृंखला में जोड़ा जाता है, जिससे मोटर बैटरी को गर्म कर सकती है। जब पावर बैटरी उच्च तापमान पर होती है, तो मोटर कूलिंग सर्किट और बैटरी कूलिंग सर्किट को समानांतर में समायोजित किया जाता है, और दोनों कूलिंग सिस्टम स्वतंत्र रूप से ऊष्मा का अपव्यय करते हैं।

1. गैस संघनक

2. द्वितीयक संघनक

3. द्वितीयक कंडेंसर पंखा

4. गैस कंडेंसर पंखा

5. एयर कंडीशनर प्रेशर सेंसर (उच्च दबाव पक्ष)

6. एयर कंडीशनर तापमान सेंसर (उच्च दबाव पक्ष)

7. इलेक्ट्रॉनिक एयर कंडीशनर कंप्रेसर

8. एयर कंडीशनर प्रेशर सेंसर (लो प्रेशर साइड)

9. एयर कंडीशनर तापमान सेंसर (कम दबाव वाला भाग)

10. विस्तार वाल्व (कूलर)

11. विस्तार वाल्व (वाष्पीकरण यंत्र)

· प्रत्यक्ष शीतलन
डायरेक्ट कूलिंग में ऊष्मा विनिमय माध्यम के रूप में रेफ्रिजरेंट (चरण-परिवर्तनशील पदार्थ) का उपयोग किया जाता है। रेफ्रिजरेंट गैस-तरल अवस्था परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में ऊष्मा अवशोषित कर सकता है। रेफ्रिजरेंट की तुलना में, ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता तीन गुना से अधिक बढ़ जाती है और बैटरी को जल्दी बदला जा सकता है। सिस्टम के भीतर की ऊष्मा को बाहर निकाल दिया जाता है। डायरेक्ट कूलिंग प्रणाली का उपयोग बीएमडब्ल्यू i3 में किया गया है।

 

शीतलन दक्षता के अलावा, बैटरी सिस्टम की थर्मल प्रबंधन योजना में सभी बैटरियों के तापमान की स्थिरता का भी ध्यान रखना आवश्यक है। PACK में सैकड़ों सेल होते हैं, और तापमान सेंसर हर सेल का पता नहीं लगा सकता। उदाहरण के लिए, टेस्ला मॉडल S के एक मॉड्यूल में 444 बैटरियां हैं, लेकिन केवल 2 तापमान मापन बिंदु ही लगाए गए हैं। इसलिए, थर्मल प्रबंधन डिज़ाइन के माध्यम से बैटरी के तापमान को यथासंभव स्थिर रखना आवश्यक है। और तापमान की स्थिरता, बैटरी पावर, जीवनकाल और SOC जैसे प्रदर्शन मापदंडों की स्थिरता के लिए एक पूर्व शर्त है।