Soojusjuhtimise lahendused akusüsteemidele

Pole kahtlust, et temperatuuriteguril on akude jõudlusele, elueale ja ohutusele otsustav mõju.Üldiselt eeldame, et akusüsteem töötab vahemikus 15–35 ℃, et saavutada parim väljund ja sisend, maksimaalne saadaolev energia ja pikim tsükli eluiga (kuigi madalal temperatuuril säilitamine võib kalendri eluiga pikendada aku , kuid rakendustes pole eriti mõtet madala temperatuuriga salvestamist harjutada ja akud on selles osas inimestega väga sarnased).

Praegu saab toiteaku süsteemi soojusjuhtimise jagada peamiselt nelja kategooriasse: loomulik jahutus, õhkjahutus, vedelikjahutus ja otsejahutus.Nende hulgas on loomulik jahutus passiivne soojusjuhtimise meetod, samas kui õhujahutus, vedelikjahutus ja alalisvool on aktiivsed.Peamine erinevus nende kolme vahel on erinevus soojusvahetuskeskkonnas.

· Loomulik jahutus
Vabajahutusel pole soojusvahetuseks lisaseadmeid.Näiteks on BYD võtnud kasutusele loomuliku jahutuse Qin, Tang, Song, E6, Tengshi ja muudes mudelites, mis kasutavad LFP rakke.On arusaadav, et BYD järgnev lülitub kolmekomponentseid akusid kasutavate mudelite puhul vedelikjahutusele.

· Õhkjahutus (PTC õhukütteseade)
Õhkjahutus kasutab soojuskandjana õhku.Levinud on kaks tüüpi.Esimest nimetatakse passiivseks õhkjahutuseks, mis kasutab soojusvahetuseks otseselt välisõhku.Teine tüüp on aktiivne õhkjahutus, mis võib välisõhku enne akusüsteemi sisenemist eelsoojendada või jahutada.Algusaegadel kasutasid paljud Jaapani ja Korea elektrimudelid õhkjahutusega lahendusi.

· Vedelikjahutus
Vedeljahutus kasutab soojuskandjana antifriisi (nt etüleenglükooli).Üldiselt on lahenduses mitu erinevat soojusvahetusahelat.Näiteks VOLT-il on radiaatori ahel, kliimaseadme ahel (PTC kliimaseade) ja PTC-ahel (PTC jahutusvedeliku soojendus).Akuhaldussüsteem reageerib ja reguleerib ja lülitub vastavalt soojusjuhtimise strateegiale.TESLA Model S-l on mootori jahutusega jadamisahel.Kui akut tuleb soojendada madalal temperatuuril, ühendatakse mootori jahutusahel aku jahutusahelaga järjestikku ja mootor saab akut soojendada.Kui aku on kõrgel temperatuuril, reguleeritakse mootori jahutusahel ja aku jahutusahel paralleelselt ning kaks jahutussüsteemi hajutavad soojust iseseisvalt.

1. Gaasi kondensaator

2. Sekundaarne kondensaator

3. Sekundaarne kondensaatori ventilaator

4. Gaasi kondensaatori ventilaator

5. Kliimaseadme rõhuandur (kõrgsurve pool)

6. Kliimaseadme temperatuuriandur (kõrgsurve pool)

7. Elektroonilise kliimaseadme kompressor

8. Kliimaseadme rõhuandur (madala rõhu pool)

9. Kliimaseadme temperatuuriandur (madala rõhu pool)

10. Paisuventiil (jahuti)

11. Paisuventiil (aurusti)

· Otsejahutus
Otse jahutamisel kasutatakse soojusvahetusvahendina külmutusagensit (faasimuutvat materjali).Külmutusagens võib gaasi-vedeliku faasisiirdeprotsessi ajal absorbeerida suurel hulgal soojust.Võrreldes külmutusagensiga saab soojusülekande efektiivsust suurendada rohkem kui kolm korda ja akut saab kiiremini vahetada.Süsteemi sees olev soojus kantakse ära.BMW i3 puhul on kasutatud otsejahutusskeemi.

 

Lisaks jahutuse efektiivsusele peab akusüsteemi soojusjuhtimisskeem arvestama kõigi akude temperatuuri ühtlust.PACK-il on sadu rakke ja temperatuuriandur ei suuda tuvastada kõiki rakke.Näiteks Tesla Model S moodulis on 444 akut, kuid ainult 2 temperatuuri tuvastamise punkti on paigutatud.Seetõttu on vaja soojusjuhtimise disaini abil muuta aku võimalikult ühtlaseks.Ja hea temperatuuri ühtlus on järjepidevate jõudlusparameetrite (nt aku võimsus, tööiga ja SOC) eeltingimus.