Les performances des bus électriques dépendent beaucoup des performances des batteries de puissance; Ainsi, la température de fonctionnement des batteries de puissance est fortement corrélée à leurs performances et influences également leur vie et leur sécurité. Le système de gestion de la température des batteries d'alimentation est donc également plutôt crucial.
La gestion thermique des batteries d'alimentation nécessite les chauffer à basse température et les refroidir à des hautes.
Types de système de gestion thermique de la batterie
1.1 Méthodes de refroidissement de la batterie
Les méthodes de refroidissement des batteries d'alimentation comprennent principalement le refroidissement à l'air naturel, le refroidissement à l'air forcé, le refroidissement du liquide et le refroidissement direct réfrigérant.
-La refroidissement de l'air: En introduisant le vent de la climatisation, le vent naturel ou le vent de convection à l'extérieur du véhicule dans le compartiment de la batterie, la température de la batterie est réduite.
-La refroidissement des liquides: Comptez sur la sortie d'air du système de climatisation ou le réfrigérant de l'équipement de réfrigération indépendant pour refroidir le liquide de refroidissement, puis transporter le liquide de refroidissement vers l'échangeur de chaleur dans la batterie pour refroidir la cellule de la batterie.
-Refriger le refroidissement direct: Présentez directement le réfrigérant de l'équipement de réfrigération dans l'échangeur de chaleur dans la batterie pour refroidir la cellule de la batterie par conduction thermique.
La comparaison de différentes méthodes de refroidissement est la suivante:
◆ Refroidissement de l'air naturel: Les performances de refroidissement sont affectées par l'environnement externe, le système ne nécessite pas de contrôle supplémentaire, pas de consommation d'énergie, d'occupation de petits espaces, de faible coût, de processus fiable et de faible risque de pataugeoire d'eau.
◆ Refroidissement à l'air forcé: Les performances de refroidissement sont moyennes, le volume du système est important, mais le poids est léger, la consommation d'énergie est faible, elle est facile à contrôler, le coût du système est faible, le processus est fiable et le risque de pataugeoire d'eau est élevé.
◆Refroidissement liquide: L'effet de refroidissement est bon, le volume du système est modéré, le principe de contrôle est mature et la difficulté de mise en œuvre est modérée. Cependant, cette méthode a un système lourd, une consommation d'énergie élevée, le coût le plus élevé, la fiabilité moyenne des processus et un risque élevé de pataugeoire d'eau. Actuellement, le refroidissement liquide est la solution de refroidissement la plus utilisée de l'industrie.
◆Refroidissement direct réfrigérant: L'effet de refroidissement est le meilleur, le volume du système est petit, le poids est léger, la consommation d'énergie est faible, le coût du système est modéré, mais le contrôle est complexe, la difficulté technique est élevée, la fiabilité du processus est élevée et le risque de pataugeoire d'eau est élevé. À l'heure actuelle, le refroidissement direct du réfrigérant est toujours au stade de la recherche et n'a pas encore été largement utilisé.
Bien que l'efficacité d'échange de chaleur du refroidissement direct du réfrigérant soit élevée, lorsque le réfrigérant s'évapore dans la batterie, la différence de température à divers endroits est grande, ce qui affecte l'uniformité de la température de la batterie et réduit ainsi les performances de charge et de décharge. De plus, la demande d'énergie des bus est importante, le nombre de batteries est grand et la disposition du pipeline du système de refroidissement direct du réfrigérant est relativement complexe et il existe un risque de fuite.
1.2 Méthode de chauffage de la batterie
À l'heure actuelle, les méthodes de chauffage de la batterie de puissance commune comprennent principalement:
◆Chauffage de film de chauffage électrique: Intégrez le film de chauffage électrique à l'intérieur de la batterie pour chauffer directement la cellule de la batterie.
- Lorsque la température ambiante est supérieure à 0 ℃, cette méthode a un bon effet de chauffage, aucun contrôle supplémentaire n'est requis, une faible consommation d'énergie, un faible coût, une profession de petit espace et facile à mettre en œuvre.
- Lorsque la température ambiante est inférieure à 0 ℃, l'effet de chauffage est considérablement réduit et n'est généralement pas utilisé.
◆Chauffage liquide électrique: Connectez un radiateur liquide électrique en série dans la boucle de circulation de l'eau de la gestion thermique de la batterie pour chauffer l'antigel pour augmenter la température de la batterie.
- Cette méthode a un bon effet de chauffage, une taille de système modérée, moins d'occupation de l'espace, un principe de contrôle mature, une fiabilité élevée du processus et une faible difficulté de mise en œuvre.
- Bien que le coût soit relativement élevé, il est actuellement largement utilisé dans les systèmes de chauffage de batterie en raison de sa stabilité et de son efficacité.
Que ce soit l'hiver ou l'été, la température de fonctionnement normale de la batterie est de 25 ℃ ± 5 ℃. En hiver, il doit être chauffé par l'équipement de gestion thermique de la batterie, et la température de l'eau cible pour le chauffage est de 25 ℃ ± 5 ℃; En été, il doit être refroidi par le système BTMS, et la température de l'eau cible pour le refroidissement est également de 25 ℃ ± 5 ℃. Ce qui suit introduit trois types de systèmes de gestion thermique de la batterie refroidis (chauffés) couramment utilisés dans les bus. Ces trois types de gestion thermique de la batterie sont tous des systèmes de chauffage et de refroidissement intégrés. Selon l'utilisation et les exigences de température ambiante des bus électriques purs, lorsque le système doit être refroidi, l'antigel est directement refroidi par l'échangeur de chaleur du BTMS; Lorsque le système doit être chauffé, le radiateur liquide électrique PTC connecté en série du système de circulation d'eau BTMS chauffe l'antigel.
Formulaire unitaire simple
Composition du système
L'unité simple est principalement composée d'un échangeur de chaleur à plaques, d'une pompe à eau, d'un ventilateur et d'un radiateur de liquide électrique PTC. Son principe est illustré à la figure 1, et sa composition est illustrée à la figure 2.
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1 - Échangeur de chaleur à plaques
2、5 - Solénoïde
3、4 - capteur de température de l'eau;
6 - chauffage PTC
7 - Fan
8 - contrôleur
9 - pompe à eau |
Principe de travail
Lorsque le système reçoit un signal de refroidissement, le solénoïde 2 s'ouvre et la clanse du solénoïde 5 se ferme.
Le ventilateur et la pompe à eau commencent à courir, à extraire l'air froid du conduit de climatisation et à refroidir l'antigel à travers l'échangeur de chaleur à la plaque à l'intérieur de l'unité.
L'antigel refroidi est transporté vers l'échangeur de chaleur à l'intérieur de la batterie par la pompe à eau, et la chaleur est échangée avec la cellule de la batterie pour réduire la température de la batterie.
Lorsque le système reçoit un signal de chauffage, le solénoïde 2 se ferme et l'ouvre de l'électrovanne 5.
Le réchauffeur de liquide électrique PTC et la pompe à eau à l'intérieur de l'unité commencent à courir pour chauffer l'antigel dans le système.
L'antigel chauffé circule dans l'échangeur de chaleur à l'intérieur de la batterie et augmente la température de la batterie par conduction thermique.
En plus des fonctions de chauffage et de refroidissement, l'unité refroidie par eau a également une fonction d'auto-circulation pour réduire la différence de température à l'intérieur de la batterie.
Lorsque le BTMS envoie une commande d'auto-circulation, le chauffage et le ventilateur PTC s'arrêtent, mais la pompe à eau continue de fonctionner, et l'antigel circule dans le circuit d'eau pour assurer une température uniforme de la batterie.
Caractéristiques et portée de l'application
✅ Avantages
Structure simple et faible coût.
Posséder des fonctions de base de refroidissement, de chauffage et d'auto-circulation.
❌ Limites
Comptez sur le climatiseur de la cabine pour fournir de l'air froid, qui est grandement affecté par l'état de fonctionnement du système de climatisation.
La capacité de refroidissement est limitée. En raison de l'absence d'un système de réfrigération indépendant, la puissance de refroidissement est généralement inférieure à 2 kW, ce qui est difficile pour répondre aux besoins des batteries haute puissance.
Il convient aux batteries à chargement lente avec charge et décharge à faible taux, et est souvent utilisé dans les bus hybrides, mais pas pour les bus électriques purs avec des exigences de contrôle de la température plus strictes.
Formulaire unitaire non indépendant
Composition du système et principe de travail
L'unité non indépendante utilise le réfrigérant du système de climatisation pour contrôler la température de la batterie, sans avoir besoin d'un système de réfrigération séparé. Sa composition est représentée sur la figure.
- Évaporateur 1: L'évaporateur de climatisation de la cabine fournit de l'air froid pour la zone du passager.
- Évaporateur 2: L'évaporateur de l'unité refroidie par eau est responsable du refroidissement de l'antigel et de la livraison de l'antigel à basse température à l'échangeur de chaleur de la batterie pour réduire la température de la batterie.
- Circuit de réfrigération: deux évaporateurs sont connectés en parallèle, partageant des composants clés tels que le compresseur, le condenseur et la bouteille de séchage. Le débit de réfrigérant est contrôlé par des soupapes de solénoïde 1 et 2, et les soupapes d'expansion 1 et 2 sont responsables de la régulation du débit des deux réfrigérants.
Mode de réfrigération
- L'électrovanne 2 est ouverte et le réfrigérant entre l'évaporateur 2 pour échanger de la chaleur avec l'antigel pour refroidir l'antigel.
- L'antigel à basse température circule dans l'échangeur de chaleur de la batterie pour réduire la température de la batterie.
Mode de chauffage
- La soupape d'électricité 2 est fermée, la pompe à eau et le réchauffeur de liquide électrique PTC sont démarrés et l'antigel pénètre dans l'échangeur de chaleur de la batterie après avoir été chauffé pour réchauffer la batterie.
Mode d'auto-circulation
- L'électrovanne 2 est fermée, le PTC cesse de fonctionner, seulement la pompe à eau fonctionne et l'antigel circule dans le circuit d'eau pour équilibrer la température de la batterie et empêcher une différence de température excessive.
Caractéristiques et portée de l'application
✅ Avantages
- Aucun système de réfrigération supplémentaire n'est requis, en réduisant les coûts d'équipement.
- Capacité de réfrigération forte (≥ 6 kW), adaptée aux bus électriques purs avec des batteries à hauteur à haut débit.
❌ limitations
- affecte le refroidissement de la zone des passagers, et le détournement du réfrigérant affaiblira l'effet de climatisation et augmentera la charge du système.
- L'appariement du système est complexe et les fabricants de climatisation et les modèles de différents modèles ne sont pas fixes, ce qui rend difficile de faire correspondre l'unité de refroidissement de l'eau avec la climatisation.
- L'installation est limitée, les pipelines à haute pression et basse pression sont longues, surtout lorsque la batterie est placée en bas, la connexion entre la climatisation et l'unité de refroidissement de l'eau est plus difficile.
- La logique de contrôle est complexe et la demande de refroidissement de la batterie et du système de climatisation du véhicule doit être coordonnée et les exigences de stratégie de contrôle sont élevées.
Scénarios applicables:
- Applicable aux batteries à chargement rapide avec des taux de charge et de décharge élevés.
- Convient pour les bus électriques purs avec des exigences élevées pour la capacité de refroidissement (≥ 6 kW).
Formulaire unitaire indépendant
Principe et structure du système
L'unité indépendante est équivalente à un petit système de climatisation électrique pur avec un système de réfrigération indépendant et complet. La principale différence réside dans la structure de l'évaporateur:
- L'évaporateur de la climatisation ordinaire est utilisé pour l'échange de chaleur entre le réfrigérant de la climatisation et l'air;
- L'évaporateur de l'unité indépendante est utilisé pour l'échange de chaleur entre le réfrigérant de la climatisation et l'antigel.
- Cet échangeur de chaleur unique adopte généralement une structure de coquille et de tube, dans laquelle:
- Le tuyau intérieur transmet le réfrigérant;
- Le tuyau extérieur transmet l'eau de refroidissement;
- Les ailettes sont réparties entre les deux couches de tuyaux pour augmenter la zone d'échange de chaleur et améliorer l'efficacité d'échange de chaleur.
- Il existe deux formulaires de conception pour les unités indépendantes:
- Conception intégrée
- Conception divisée
Principe de travail
Mode de réfrigération
- Une fois que le système a reçu le signal de réfrigération, il démarre le ventilateur et la pompe à eau.
- Le réfrigérant échange de la chaleur avec l'antigel à travers l'échangeur de chaleur pour réduire la température de l'antigel.
- L'antigel entre dans l'échangeur de chaleur de la batterie à travers la circulation de la pompe à eau pour obtenir le refroidissement par batterie.
Mode de chauffage
- Une fois que le système a reçu le signal de chauffage, il démarre le radiateur et la pompe à eau PTC électrique.
- Une fois l'antigel chauffé, il s'écoule dans l'échangeur de chaleur à l'intérieur de la batterie pour augmenter la température de la batterie par échange de chaleur.
Caractéristiques et portée de l'application
✅ Avantages
- Le système indépendant, non affecté par les performances de réfrigération de la climatisation, peut rapidement répondre aux changements de température de la batterie.
- Disposition flexible, la puissance peut être ajustée au besoin pour répondre à différents besoins de refroidissement.
- La logique de contrôle est simple, car il existe un système de réfrigération indépendant, il n'est pas nécessaire de considérer les besoins de refroidissement de la climatisation de la zone du passagers.
- La capacité de refroidissement est réglable, généralement supérieure à 2 kW, adaptée aux bus hybrides ou purs électriques avec des batteries à charge rapide à haut débit.
❌ limitations
- Par rapport au système unitaire non indépendant, l'unité indépendante a un ensemble supplémentaire de compresseurs et de condenseurs pour la réfrigération indépendante, et le coût est légèrement plus élevé. Mais parce qu'il s'agit d'un système indépendant, la logique de contrôle est plus simple que celle de l'unité non indépendante.
Scénarios applicables:
- Applicable aux batteries à chargement rapide avec des taux élevés de charge et des taux de décharge, tels que des bus hybrides et des bus électriques purs.
Conclusion
En tant que composant clé des bus électriques, le BTMS affecte directement les performances, la sécurité et la durée de vie de la batterie d'alimentation. Par conséquent, dans la conception et le développement des bus électriques, il est très important d'avoir une compréhension et une maîtrise profondes de la structure et du principe de travail de l'équipement de gestion thermique de la batterie. Cela aide non seulement à améliorer l'efficacité globale du véhicule, mais assure également la fiabilité à long terme de la batterie, fournissant ainsi un soutien plus fort au fonctionnement du véhicule.En savoir plus sur le système de gestion thermique de la batterie Guchen
