Ein kurzer Überblick über das Batterie-Wärmemanagementsystem für Elektrofahrzeuge (BTMS)

Ein kurzer Überblick über das Batterie-Wärmemanagementsystem für Elektrofahrzeuge (BTMS)

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Da sich Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer Emissionsfreiheit und hohen Tank-to-Wheel-Effizienz zu einem unaufhaltsamen Trend entwickeln, wird die Verbesserung von Leistung, Kosten, Lebensdauer und Sicherheit der Batterie immer wichtiger. Und das Batterie-Wärmemanagementsystem (BTMS) ist entscheidend für die Batterieleistung, die für die Gesamtleistung des Antriebsstrangsystems von Elektrofahrzeugen (EVs) und Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) wichtig ist. Die BTMS-Technologien sind: Luftkühlsystem, Flüssigkeitskühlsystem, direktes Kältemittelkühlsystem, Phasenwechselmaterial-Kühlsystem (PCM), thermoelektrisches Kühlsystem und Wärmerohrkühlung.

1. Luftkühlung und -heizung

Luftsysteme nutzen Luft als thermisches Medium. Die Ansaugluft könnte entweder direkt aus der Atmosphäre oder aus der Kabine kommen und könnte auch klimatisierte Luft nach einer Heizung oder einem Verdampfer einer Klimaanlage sein. Ersteres wird als passives Luftsystem und letzteres als aktives Luftsystem bezeichnet. Aktive Systeme können zusätzliche Kühl- oder Heizleistung bieten. Ein passives System kann einige Hundert Watt Kühl- oder Heizleistung bieten und die Leistung eines aktiven Systems ist auf 1 kW begrenzt.

Beide Fälle werden als Zwangsluftsysteme bezeichnet, da die Luft in beiden Fällen von einem Gebläse zugeführt wird.

2.Flüssigkeitskühlung und -heizung

Unter Flüssigkeitskühlung versteht man ein Kühlsystem, bei dem Wasser als Kühlmittel zur Kühlung der Batterie verwendet wird. Und Flüssigkeitskühlung ist aufgrund ihres praktischen Designs und ihrer guten Kühlleistung das am häufigsten verwendete Kühlsystem. Im Allgemeinen gibt es zwei Gruppen von Flüssigkeiten, die für Wärmemanagementsysteme eingesetzt werden. Eine davon ist eine dielektrische Flüssigkeit (Direktkontaktflüssigkeit), die direkt mit den Batteriezellen in Kontakt kommen kann, beispielsweise Mineralöl. Bei der anderen handelt es sich um eine leitende Flüssigkeit (Flüssigkeit mit indirektem Kontakt), die die Batteriezellen nur indirekt kontaktieren kann, beispielsweise eine Mischung aus Ethylenglykol und Wasser. Zwischen diesen beiden Gruppen werden indirekte Kontaktsysteme bevorzugt, um eine bessere Isolierung zwischen Batteriemodul und Umgebung und damit eine bessere Sicherheitsleistung zu erreichen. Durch unterschiedliche Kühlkörper können Flüssigkeitssysteme auch in passive Systeme oder aktive Systeme eingeteilt werden.

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3.Direktes Kühlen und Heizen von Kältemitteln

Ähnlich wie aktive Flüssigkeitssysteme besteht ein direktes Kältemittelsystem (DRS) aus einem A/C-Kreislauf, DRS verwendet jedoch Kältemittel direkt als Wärmeübertragungsflüssigkeit, die durch das Batteriepaket zirkuliert.

4. PCM

Das Phasenwechselmaterial nimmt während des Schmelzprozesses Wärme auf und speichert sie als latente Wärme, bis sie den Maximalwert erreicht. Darüber hinaus wird das PCM immer eine Zeit lang kombiniert, die Temperatur bleibt auf dem Schmelzpunkt und dann wird der Temperaturanstieg verzögert. Daher wird PCM in BTMS als Leiter und Puffer verwendet. Darüber hinaus wird das PCM immer mit einem anderen BTMS-System (z. B. flüssigkeits- oder luftgekühlt) kombiniert, um die Zelltemperatur zu verwalten.

5. Thermoelektrisches Modul

Ein thermoelektrisches Modul kann elektrische Spannung in Temperaturdifferenz umwandeln und umgekehrt. Hier wird der erstere Effekt übernommen. Das heißt, es überträgt Wärme durch das Modul, indem es direkt Strom verbraucht. Um die Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion zu verbessern, sind zwei Lüfter eingebaut. Durch die Kombination eines passiven Luftsystems mit einem thermoelektrischen Modul ist das kombinierte System in der Lage, die Batterie sogar unter die Ansauglufttemperatur abzukühlen, die Leistung ist jedoch immer noch auf etwa einige Hundert Watt und weniger als ein kW begrenzt. Das Hauptproblem bei dieser Kühlung ist die Sicherheit des Systems, die im Notfall ein Problem darstellen kann; Aufgrund des Kühlmittelaustritts an den Batteriezellen kann es zu einem Kurzschluss kommen, der zu einem Ausfall des Fahrzeugs führen und tödlich sein kann. Außerdem benötigen die Kapillarrohre einen Mindestdurchmesser, um einen ausreichenden Druckabfall aufrechtzuerhalten und Verstopfungen zu vermeiden.

6. Wärmerohr

Neben thermoelektrischen Modulen ist ein Heatpipe eine weitere Möglichkeit, passive Luftsysteme aufzurüsten. Die flache Kupferhülle des Wärmerohrs befand sich unter Teilvakuum. Die Kapillarstruktur besteht aus gesintertem Kupferpulver. Das Wärmerohr verwendet Wasser als Arbeitsmedium. Wasser auf der Verdampferseite absorbiert Wärme und wird aufgrund des niedrigen Innendrucks bei Temperaturen unter 100 °C zu Dampf. Wasser am Kondensator gibt Wärme an die Umgebung ab und wird wieder flüssig. Dieser Zyklus wiederholt sich immer wieder.