Akusüsteemide termilise haldamise lahendused

Pole kahtlustki, et temperatuuril on akude jõudlusele, elueale ja ohutusele oluline mõju. Üldiselt eeldame, et akusüsteem töötab temperatuurivahemikus 15–35 ℃, et saavutada parim väljund- ja sisendvõimsus, maksimaalne saadaolev energia ja pikim tsükli eluiga (kuigi madalal temperatuuril säilitamine võib aku kalendrilist eluiga pikendada, pole rakendustes madalal temperatuuril säilitamise praktiseerimine eriti mõttekas ja akud on selles osas inimestega väga sarnased).

Praegu saab akutoitesüsteemi soojushalduse jagada peamiselt nelja kategooriasse: loomulik jahutus, õhkjahutus, vedelikjahutus ja otsejahutus. Looduslik jahutus on passiivne soojushalduse meetod, õhkjahutus, vedelikjahutus ja alalisvool aga aktiivsed. Nende kolme peamine erinevus seisneb soojusvahetuskeskkonna erinevuses.

· Loomulik jahutus
Vabal jahutusel puuduvad täiendavad soojusvahetusseadmed. Näiteks on BYD võtnud loomuliku jahutuse kasutusele Qin, Tang, Song, E6, Tengshi ja teistes mudelites, mis kasutavad LFP-elemente. On arusaadav, et järgnev BYD läheb üle vedelikjahutusele kolmekomponentsete akudega mudelite puhul.

· Õhujahutus (PTC õhukütteseade)
Õhkjahutus kasutab soojusülekandekeskkonnana õhku. On kaks levinud tüüpi. Esimest nimetatakse passiivseks õhkjahutuseks, mis kasutab soojusvahetuseks otse välisõhku. Teine tüüp on aktiivne õhkjahutus, mis suudab välisõhku enne akusüsteemi sisenemist eelsoojendada või jahutada. Algusaastatel kasutasid paljud Jaapani ja Korea elektriautod õhkjahutusega lahendusi.

· Vedelikjahutus
Vedeljahutuses kasutatakse soojusülekandekeskkonnana antifriisi (näiteks etüleenglükooli). Lahenduses on üldiselt mitu erinevat soojusvahetusahelat. Näiteks VOLT-il on radiaatoriring, kliimaseadmering (PTC kliimaseade) ja PTC-vooluahel (PTC jahutusvedeliku kütteseade). Aku haldussüsteem reageerib, kohandub ja lülitub vastavalt termilise halduse strateegiale. TESLA Model S-il on mootori jahutusega järjestikku ühendatud vooluring. Kui akut on vaja madalal temperatuuril soojendada, on mootori jahutusahel ühendatud aku jahutusahelaga järjestikku ja mootor saab akut soojendada. Kui aku temperatuur on kõrge, reguleeritakse mootori jahutusahelat ja aku jahutusahelat paralleelselt ning kaks jahutussüsteemi hajutavad soojust iseseisvalt.

1. Gaasikondensaator

2. Teisene kondensaator

3. Teisese kondensaatori ventilaator

4. Gaasikondensaatori ventilaator

5. Konditsioneeri rõhuandur (kõrgsurve pool)

6. Konditsioneeri temperatuuriandur (kõrgsurve pool)

7. Elektrooniline kliimaseadme kompressor

8. Konditsioneeri rõhuandur (madalrõhu pool)

9. Konditsioneeri temperatuuriandur (madalrõhu pool)

10. Paisventiil (jahuti)

11. Paisventiil (aurusti)

· Otsejahutus
Otsejahutuses kasutatakse soojusvahetuskeskkonnana külmaainet (faasimuutvat materjali). Külmaaine suudab gaasi-vedeliku faasisiirde protsessi käigus absorbeerida suure hulga soojust. Võrreldes külmaainega saab soojusülekande efektiivsust suurendada enam kui kolm korda ja akut saab kiiremini vahetada. Süsteemis olev soojus juhitakse ära. Otsejahutuse skeemi on kasutatud ka BMW i3-s.

 

Lisaks jahutuse efektiivsusele peab akusüsteemi termilise haldamise skeem arvestama kõigi akude temperatuuri ühtlusega. PACK-is on sadu elemente ja temperatuuriandur ei suuda iga elementi tuvastada. Näiteks Tesla Model S moodulis on 444 akut, kuid temperatuuri tuvastamise punkte on ainult kaks. Seetõttu on vaja muuta aku termilise haldamise disaini abil võimalikult ühtlane. Hea temperatuuri ühtlus on ühtlaste jõudlusparameetrite, näiteks aku võimsuse, eluea ja laadija, eelduseks.