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Gestion thermique de la batterie (Btm) implique une régulation active ou passive de la température d'une batterie pour le maintenir dans la plage de fonctionnement idéale de 10 ° C - 45 ° C. Les exigences techniques plus avancées incluent également le contrôle de la différence de température entre chaque batterie dans la batterie à moins de 5 ° C. Ses fonctions centrales incluent le refroidissement, chauffage, et équilibrage de la température, Assurer un fonctionnement sûr et efficace de la batterie dans diverses conditions environnementales.

Ses objectifs principaux sont:
1. Empêcher le fuite thermique: Évitez les températures élevées déclenchant des réactions exothermiques de la chaîne (comme les incendies ou les explosions);
2. Optimiser les performances de la batterie: Chauffer la batterie à basse température pour améliorer la capacité de décharge et la refroidir à des températures élevées pour maintenir la puissance;
3. Prolonger la durée de vie de la batterie: Réduire les fluctuations de température qui provoquent la dégradation de la batterie (comme le placage au lithium ou l'épaississement du film SEI).

Les batteries d'alimentation sont la source d'énergie pour les véhicules électriques. Pendant la charge et la décharge, Les batteries elles-mêmes génèrent une quantité importante de chaleur, conduisant à une augmentation de la température. Les températures élevées peuvent affecter diverses caractéristiques de la batterie, comme la résistance interne, tension, état d'accusation (SOC), capacité disponible, Efficacité de charge / déchargement, et la durée de vie de la batterie.

Les effets thermiques de la batterie ont également un impact sur la sécurité des véhicules, performance, et la vie du cycle de batterie. Je vais développer ces points dans les sections suivantes, Alors veuillez continuer à lire. Donc, La gestion thermique de la batterie est de la plus haute importance.

1 Précision du contrôle de la température: Minimiser les différences de température entre les cellules individuelles dans la batterie, avec une différence de température maximale ≤ 5 ° C.
2 Contrôle de la plage de température: Maintenir la température de la batterie dans la plage optimale de 10 à 45 ° C.
3 Ratio d'efficacité énergétique: Minimisez la consommation d'énergie du BTMS pour réduire son impact sur la plage du véhicule.
4 Suppression de la fuite thermique: Le BTMS empêche la fuite thermique par la surveillance de la température et le refroidissement rapide, qui est au cœur de la sécurité.

Actuellement, La solution la plus fiable et la plus pratique pour la gestion thermique de la batterie EV est la technologie de refroidissement liquide. J'utiliserai le refroidissement liquide comme exemple pour expliquer.

1. Absorption thermique (batterie → liquide de refroidissement)
La chaleur générée pendant la charge et la décharge de la batterie est transférée sur la plaque de refroidissement liquide en contact avec la batterie par conduction thermique. Le liquide de refroidissement traverse les microcanaux à l'intérieur de la plaque de refroidissement liquide, absorber la chaleur par échange de chaleur convective, provoquant une augmentation de la température du liquide de refroidissement.
2. Transfert de chaleur (liquide de refroidissement → radiateur)
Le liquide de refroidissement chauffé est entraîné par une pompe à eau électrique et transporté par des tuyaux vers le radiateur. Le radiateur dissipe la chaleur dans l'environnement à travers le refroidissement forcé d'air, provoquant une diminution de la température du liquide de refroidissement.
3. Circulation
Le liquide de refroidissement refroidi revient à la plaque de refroidissement liquide, formant une circulation en boucle fermée.

En résumé, Son principe de fonctionnement est basé sur les mécanismes physiques de la conduction thermique et du transfert de chaleur convectif, réaliser l'absorption, transfert, et dissipation de la chaleur de la batterie à travers un système de liquide de refroidissement en boucle fermée.

Il existe différents types de BTM, Et différentes entreprises ont des conceptions différentes. Donc, Voici seulement les composants clés:
1 Medium de transfert de chaleur: air, liquide de refroidissement, Matériel à changement de phase, etc..
2 Composants d'échange de chaleur: radiateurs, plaques de refroidissement liquide, chauffants, etc..
3 Unités de conduite: pompes à eau électrique, fans, vibrateurs électromagnétiques, etc..
4 Détection et contrôle: capteurs de température (surveillance des températures cellulaires / modules), Unités de contrôle BMS (réguler le débit / vitesse du ventilateur en fonction de la rétroaction à la température)
5 Composants accessoires: Radiateurs PTC, matériaux d'isolation, Matériaux d'interface thermique, etc..

En général, Il y a deux types principaux: refroidissement actif et refroidissement passif. La principale différence est de savoir si la consommation d'énergie se produit. Si la consommation d'énergie se produit, c'est un refroidissement actif; S'il n'y a aucune consommation d'énergie, c'est un refroidissement passif.

Le système de refroidissement actif comprend les éléments suivants:

1. Système de refroidissement refroidi par air

Ce système utilise principalement le principe de la convection d'air pour faire circuler l'air dans le compartiment de la batterie. L'air circulant transporte la chaleur des batteries, Abaissant ainsi leur température. Simultanément, l'air subit un échange de chaleur supplémentaire dans l'évaporateur, où le réfrigérant s'évapore pour réduire la température de l'air circulant.: Structure du système simple, faible coût, et une maintenance facile.
Inconvénients: Performances de dissipation thermique à haute température à haute température, Efficacité de démarrage à basse température, et stabilité inégale entre les batteries.

2. Système de refroidissement direct réfrigérant

Ce système utilise principalement le principe de la chaleur latente de l'évaporation des réfrigérants. Un système de climatisation est établi dans le système de batterie, avec des plaques de refroidissement installées dans le système de batterie. Le réfrigérant s'évapore dans les plaques de refroidissement, Enlever rapidement et efficacement la chaleur du système de batterie pour atteindre le refroidissement.

Avantages: Structure simple, distribution de température théoriquement uniforme, Et de bonnes performances de refroidissement;
Inconvénients: Actuellement, La technologie n'est pas encore mature, et la commercialisation est peu probable à court terme.

3. Intégration: Système de refroidissement refroidi par eau partagé

Un échangeur de chaleur à plaques est ajouté et couplé au système de climatisation. Les batteries échangent de la chaleur avec le liquide de refroidissement à travers les plaques de refroidissement. Le liquide de refroidissement refroidi ou chauffé est pompé dans l'échangeur de chaleur de la plaque, où le réfrigérant coule d'un côté et que le liquide de refroidissement coule dans l'autre. La chaleur est enlevée par le réfrigérant, Et le liquide de refroidissement s'écoule de l'échangeur de chaleur et de retour dans les batteries, terminer le cycle.

Avantages: Structure compacte, Composants de chauffage de batterie intégré, Efficacité de démarrage à basse température élevée, Excellent refroidissement à haute température, et distribution de température uniforme.
Inconvénients: Plusieurs composants système et stratégie de contrôle complexe.

4 Système de refroidissement de liquide de batterie indépendant

Lorsque la batterie a besoin de refroidissement, Il échange de la chaleur avec le liquide de refroidissement à travers la plaque de refroidissement. Le liquide de refroidissement chauffé est pompé dans l'échangeur de chaleur de la plaque par une pompe à eau électronique. À l'intérieur de l'échangeur de chaleur à plaque, Le réfrigérant coule d'un côté et le liquide de refroidissement s'écoule dans l'autre, où la chaleur est échangée. La chaleur est enlevée par le réfrigérant, Et le liquide de refroidissement s'écoule de l'échangeur de chaleur et de retour dans la batterie, terminer le cycle.
Lorsque la batterie a besoin de chauffage, Le circuit de refroidissement est fermé et le radiateur liquide PTC est activé. Le liquide de refroidissement chauffé est ensuite introduit dans la batterie, où il chauffe la batterie à travers la plaque de refroidissement. La température de la batterie interne est contrôlée en contrôlant le circuit de refroidissement et le radiateur liquide PTC.

Avantages: Structure compacte, Composants de chauffage de batterie intégré, Efficacité de départ à basse température élevée, Excellent refroidissement à haute température, et distribution de température uniforme.
Inconvénients: Plusieurs composants système et stratégie de contrôle complexe.

Le système de refroidissement liquide de batterie indépendant se compose d'un compresseur, condenseur, Soupape de détente, échangeur de chaleur à plaques, pompe à eau électronique, Réchauffeur de liquide PTC, vase d'expansion, et commande électrique.

Les systèmes de refroidissement passifs incluent les éléments suivants:

1. Gestion thermique du matériau de matériau de matériau de phase (PCM-BTM)

Ce système utilise les propriétés de chaleur latente des matériaux de changement de phase (PCMS), absorber ou libérer la chaleur par des transitions de phase solide-liquide. Il transfère la chaleur à travers les propriétés physiques du matériau, Élimination de la consommation d'énergie des systèmes de refroidissement actifs.

Avantages: Pas de consommation d'énergie, température cohérente.
Inconvénients: Poids lourd, durée de vie courte.

2. Technologie des calocoches

La technologie des calculs thermiques est un élément de conductivité thermique très efficace qui utilise le changement de phase dans les liquides pour le transfert de chaleur. Il se compose d'une coque de tube, une mèche, et les bouchons de fin. Une pression négative est créée à l'intérieur du tube et remplie d'un liquide à faible point d'ébullition. Quand une fin est chauffée, Le liquide s'évapore et se vaporise. La vapeur coule vers le froid, Condensation et libération de la chaleur. Le liquide condensé revient ensuite à l'extrémité évaporante par l'action capillaire, former un cycle.

Avantages: Pas de consommation d'énergie, température uniforme.
Inconvénients: Coût élevé et conception complexe. Il est principalement utilisé dans l'équipement de vaisseau spatial.

BTMS: Se concentre sur le contrôle de la température et est un sous-système d'exécution de BMS.
GTC: Couvre quatre fonctions majeures: surveillance de l'état, contrôle électrique (C'est-à-dire, Logique de charge et de déchargement), contrôle thermique (C'est-à-dire, BTMS), et protection contre la sécurité (détection d'isolation).En résumé, Les deux systèmes collaborent pour gérer le contrôle thermique dans les véhicules électriques en échangeant des données et des commandes via le bus CAN. BTMS est le sous-système central de BMS, Responsable du contrôle des limites de sécurité thermique. Sans BMS et BTMS, Le risque de dysfonctionnement de la batterie augmente considérablement.

Solution d'eau de l'éthylène glycol, liquide fluoré, eau désionisée, huile minérale, nanofluides, etc..

La génération de chaleur pendant la charge et la décharge est un phénomène physique et chimique inévitable. Cela est dû aux pertes d'énergie pendant le processus de conversion et aux caractéristiques des matériaux internes.
1 Joule Heat - Lorsque le courant traverse les composants résistifs à l'intérieur de la batterie, L'énergie électrique est convertie en énergie thermique, conformément à la loi de Joule: Qj = i²rt.
2 Chaleur de réaction - l'entropie change la chaleur générée lorsque les ions lithium sont insérés ou retirés de l'électrode.
3 Polarisation chaleur - chaleur générée en raison d'une consommation d'énergie supplémentaire causée par l'obstruction du transfert de charge sur la surface de l'électrode.

La surchauffe localisée à l'intérieur de la batterie déclenche une réaction en chaîne des réactions exothermiques. La température augmente rapidement de plusieurs centaines de degrés par seconde 800 degrés, accompagné de décharge et d'incendie de la soupape de décharge de pression.

Une augmentation de la température affecte à la fois la capacité utilisable et la durée de vie du cycle des batteries.

Vie de vélo:
Comme on peut le voir sur les deux graphiques, La température a un impact significatif sur la durée de vie de la batterie. Pour la même cellule de batterie, à une température ambiante de 23 ° C, la capacité restante après 6,238 les jours est 80%. Si la batterie est exposée à une température ambiante de 55 ° C, La capacité restante atteint 80% après seulement 272 jours. Une augmentation de température de 32 ° C entraîne un 95% réduction de la durée de vie cellulaire. Comme indiqué dans le graphique, Plus la température est élevée, Plus la dégradation de la durée de vie de la batterie est grave.

Capacité disponible:
Comme indiqué dans les deux graphiques, La température affecte également considérablement la capacité disponible d'une batterie. Pour le même type de cellule, Lorsque la capacité restante est 90%, La capacité de sortie à 25 ° C est 300 kwh, à 35 ° C, La capacité de sortie est uniquement 163 kwh. Une augmentation de 10 ° C de la température entraîne un 45% diminution de la capacité utilisable de la cellule.
Résumé:
À basses températures (<0°C), La capacité de la batterie baisse de 30% à 50%. Cela est dû à l'augmentation de la viscosité des électrolytes et à une mobilité réduite au lithium-ion. À des températures élevées (>45°C), La durée de vie du cycle s'accélère et le risque d'évolution thermique augmente. Cela est dû à l'épaississement continu du film SEI et à la perte de lithium actif. Une décomposition supplémentaire peut entraîner un émoi thermique.
Aux différences de température (>5°C), La capacité effective de la batterie diminue de 10% à 30%. C'est parce que la résistance interne de la batterie est incohérente, perturber la consistance électrochimique.

Actuellement, La technologie de refroidissement liquide est la méthode de refroidissement de la batterie grand public utilisée dans les véhicules électriques. Il équilibre efficacement l'efficacité de la dissipation thermique, uniformité de la température, et coûter. Avec des percées dans l'innovation matérielle (comme les nanofluides) et l'intégration du système (comme le refroidissement direct de la pompe à chaleur), Les systèmes de gestion thermique de la batterie évoluent vers une faible consommation d'énergie, conception légère, et une fonctionnalité intelligente. Les prévisions suggèrent que la commercialisation des batteries à l'état tout solide par 2027 conduira le refroidissement du changement de phase basé sur les contacts pour devenir le courant dominant. Cependant, Ce ne sont que des prédictions, et compte tenu du rythme rapide du développement technologique dans le monde entier, seulement en renforçant son propre R&D Les capacités peuvent suivre le rythme du temps.
TKT a été créée en 1998, et la recherche et la fabrication de BTM 2014. Nous avons déjà collaboré avec des constructeurs automobiles de renommée mondiale tels que BYD et Tata Motors sur des projets de développement personnalisés. Si vous êtes intéressé par la gestion thermique de la batterie, N'hésitez pas à laisser un message pour consultation.