Sistema di gestione termica della batteria per veicoli elettrici e durata della batteria

Il sistema di gestione termica della batteria per i veicoli elettrici e la durata della batteria hanno un impatto diretto sulla relazione. Questo perché il controllo della temperatura influisce direttamente sulla stabilità chimica della batteria e nell'integrità strutturale fisica. Degrado della batteria, i.e., ridotta capacità e aumento della resistenza interna. È essenzialmente il risultato cumulativo di reazioni elettrochimiche interne e invecchiamento del materiale. Le temperature inadatte accelerano questo processo. In questo documento, Analizziamo il meccanismo di invecchiamento della batteria, L'effetto della temperatura sull'invecchiamento, e il principio del sistema di gestione termica della batteria in tre dimensioni.

Primo, Il meccanismo centrale dell'invecchiamento della batteria del veicolo elettrico: Reazione elettrochimica e degradazione del materiale

Le batterie per veicoli commerciali come gli autobus elettrici sono generalmente batterie agli ioni di litio. La vita delle batterie agli ioni di litio diminuisce principalmente a causa di due processi irreversibili.

1. Invecchiamento ciclico, i.e. causato dai cicli di carica/scarico. I materiali degli elettrodi positivi e negativi della batteria subiscono variazioni di volume durante il processo di incorporamento/de-sfuggire degli ioni di litio, che può portare a Chalking delle strutture degli elettrodi positivi e negativi, spargimento di sostanze attive, e così via. Allo stesso tempo, Il film SEI di elettroliti e elettrodi continua a crescere consumo di elettrolita e litio sorgente.

2. Invecchiamento di stoccaggio, i.e., causato dalla posizione a lungo termine. Anche senza ricaricare e scaricare, "Auto-scarica" si verificherà comunque all'interno della batteria. Se la batteria è esposta ad alta temperatura, Accelererà la decomposizione dell'elettrolita e la dissoluzione degli ioni metallici. Ciò danneggerà ulteriormente la struttura dell'elettrodo.

Secondo, L'effetto aggrava della temperatura sull'invecchiamento della batteria del veicolo elettrico

La temperatura è una variabile importante nell'invecchiamento delle batterie EV. Troppo alto o troppo basso accelererà significativamente il degrado.

1 Alta temperatura (>55℃): accelerare le reazioni laterali chimiche e la decomposizione del materiale

1.1 Elettrodo negativo Reazione di decomposizione eccessiva Il film SEI è una barriera chiave per proteggere l'elettrodo. Alta temperatura accelera la reazione di decomposizione dell'elettrolita sulla superficie dell'elettrodo negativo. Questo consumerà più elettrolita e litio attivo, portando a perdita di capacità irreversibile. I dati sperimentali mostrano che il tasso di conservazione della capacità per 1000 i cicli a 25 ° C sono circa 85%, Rispetto solo a 60% a 55 ° C.. Fonte di dati: Journal of Power Sources.

1.2 Danno strutturale del materiale catodico. Il catodo di nichel-cobalto-manganese/nichel-cobalto-alluminio è soggetto a "trasformazione dalla struttura stratificata alla struttura del salotto di roccia" ad alta temperatura. Questo processo riduce la capacità incorporata al litio del materiale e accelera il decadimento della capacità.

1.3 Rischio di fuga termica della batteria EV: Alta temperatura (>60℃) innescherà l'ossidazione dell'elettrolita, che porta al rigonfiamento della batteria. Se la temperatura continua a salire (>80℃), Può innescare la fuga termica di EV, Scribinare direttamente la batteria o persino la combustione del veicolo.

2 Bassa temperatura (<0℃): inibire la reazione elettrochimica

2.1 Riduzione della velocità di diffusione: La viscosità dell'elettrolita aumenta a basse temperature, e il tasso di diffusione degli ioni di litio nell'elettrolita diminuisce, portando a un aumento significativo della resistenza interna della batteria. La resistenza interna a bassa temperatura è 2-5 volte superiore a quello a temperatura ambiente. Durante la ricarica e lo scarico, La tensione di polarizzazione aumenta, e il metallo al litio viene depositato sulla superficie dell'elettrodo negativo per formare cristalli a forma di ago. Questo cristallo simile a un ago si chiama litio dendrite. Pierrà la membrana SEI, causando un circuito micro-short e decadimento della capacità di accelerazione.

2.2 Diminuzione dell'attività degli elettrodi: La difficoltà del de-de-bonifica dei materiali anodi di litio aumenta a basse temperature, con conseguente riduzione della capacità utilizzabile effettiva. Per esempio, La capacità della batteria a -10 ℃ è solo 50% della temperatura normale. La conduttività dell'elettrolitica diminuisce anche a bassa temperatura a lungo termine, riducendo ulteriormente l'attività.

3 Eccessiva differenza di temperatura all'interno del pacco batteria: distruggere la coerenza

Anche se la temperatura complessiva del pacco batteria è appropriata, Una differenza di temperatura troppo grande tra le cellule può provocare una vita più breve. Per esempio, Se alcune batterie hanno una temperatura di 35 ° C e alcune batterie hanno una temperatura di 25 ° C.

Terzo, In che modo un sistema di gestione termica della batteria per i veicoli elettrici estende la durata della batteria attraverso il controllo della temperatura?

L'obiettivo principale del sistema di gestione termica della batteria EV è controllare la temperatura della batteria nel "intervallo operativo ottimale", di solito 25-40 ° C.. La differenza di temperatura all'interno della cellula è ridotta (≤5 ° C.), sopprimendo così il processo di invecchiamento. È inoltre necessario ridurre la differenza di temperatura tra i pacchi batteria al fine di inibire il processo di invecchiamento sopra descritto. TKT è il principale specialista del sistema BTMS.

3.1 Scenario ad alta temperatura

Sistema di raffreddamento a liquido della batteria: La temperatura della cella della batteria è controllata al di sotto di 55 ° C, circolando il liquido di raffreddamento per rimuovere il calore dalla batteria. Per esempio, Il sistema di raffreddamento liquido nel modello Tesla 3 controlla la temperatura massima delle celle della batteria a 55 ° C. Questo è un aumento significativo della durata del ciclo rispetto alle batterie senza gestione termica (Articolo tecnico Tesla di origine). Ciò si traduce in più di un 30% Aumento della durata del ciclo rispetto alle batterie senza gestione termica (fonte: Tesla Technical White Paper).

3.2 Scenari a bassa temperatura

Riscaldamento PTC: A basse temperature invernali, Il sistema di gestione termica preriscalda la batteria da -20 ° C a più di 5 ° C tramite un riscaldatore PTC. Per esempio, BYD Auto può riscaldare la cella della batteria a 15 ° C in ambiente -10 ° C, che aumenta l'efficienza della batteria da 60% A 90% (Gli esperimenti mostrano che la durata del ciclo della batteria è 20% più lungo di quello senza preriscaldare).

3.3 Controllo della differenza di temperatura

Resoluzione liquida/riscaldamento liquido Progettazione del flusso uguale: Ottimizzando il layout della pipeline di raffreddamento, come il canale di flusso serpentino e lo shunt parallelo. Il nuovo approccio di design garantisce un flusso di refrigerante uniforme per ogni cella del pacco batteria, controllando la differenza di temperatura all'interno 5 gradi.

Quarto, dati empirici: Sistema di gestione termica della batteria per veicoli elettrici sulla vita dell'effetto di miglioramento

Test di Oak Ridge National Laboratory (Ornl) Mostra che il tasso di ritenzione della capacità delle batterie al fosfato di ferro al litio senza sistema di gestione termica è solo 65% Dopo 500 cicli in 45 ℃ ambiente; mentre la velocità di ritenzione della capacità dello stesso tipo di batteria è ancora 82% Dopo 1,000 cicli.

Revisione sul sistema di gestione termica della batteria per veicoli elettrici

Il sistema di gestione termica della batteria per i veicoli elettrici inibisce fenomeni come l'invecchiamento della batteria accelerato e la fuga termica dei veicoli elettrici dalla radice controllando con precisione l'intervallo di temperatura e restringendo la differenza di temperatura all'interno del pacco batteria. È timido. Questo sistema è necessario per i veicoli elettrici. È una parte importante del BMS. Sistemi di gestione termica della batteria per auto elettriche e Sistemi di gestione termica della batteria del bus elettrica sono simili in linea di principio, ma richiedono una maggiore efficienza di raffreddamento e sicurezza.

Soluzione TKT EV è uno dei principali esperti di sistemi di gestione termica della batteria per veicoli elettrici commerciali. Siamo un produttore di BTMS in Cina, Integrazione del design, produzione e vendite. Se hai bisogno in quest'area, Sentiti libero di lasciare un messaggio. Supportiamo la personalizzazione OEM/ODM. Abbiamo progettato Sistema integrato per gli autobus BYD E Autobus elettrici di Tata. Il nuovo sistema può raffreddare i passeggeri del bus elettrico e la batteria insieme allo stesso tempo. Il sistema altamente integrato è più pratico. Se hai la necessità in quest'area, Sentiti libero di lasciare un messaggio.

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