બેટરી સિસ્ટમ્સ માટે થર્મલ મેનેજમેન્ટ સોલ્યુશન્સ

પાવર બેટરીના પ્રદર્શન, જીવનકાળ અને સલામતી પર તાપમાન પરિબળની નિર્ણાયક અસર પડે છે તેમાં કોઈ શંકા નથી. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, અમે અપેક્ષા રાખીએ છીએ કે બેટરી સિસ્ટમ 15~35℃ ની રેન્જમાં કાર્ય કરશે, જેથી શ્રેષ્ઠ પાવર આઉટપુટ અને ઇનપુટ, મહત્તમ ઉપલબ્ધ ઉર્જા અને સૌથી લાંબી ચક્ર જીવન પ્રાપ્ત કરી શકાય (જોકે નીચા તાપમાનનો સંગ્રહ બેટરીના કેલેન્ડર જીવનને લંબાવી શકે છે, પરંતુ એપ્લિકેશનોમાં નીચા-તાપમાનના સંગ્રહનો અભ્યાસ કરવાનો કોઈ અર્થ નથી, અને બેટરીઓ આ સંદર્ભમાં લોકો જેવી જ છે).

હાલમાં, પાવર બેટરી સિસ્ટમના થર્મલ મેનેજમેન્ટને મુખ્યત્વે ચાર શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, કુદરતી ઠંડક, હવા ઠંડક, પ્રવાહી ઠંડક અને સીધી ઠંડક. તેમાંથી, કુદરતી ઠંડક એક નિષ્ક્રિય થર્મલ મેનેજમેન્ટ પદ્ધતિ છે, જ્યારે હવા ઠંડક, પ્રવાહી ઠંડક અને સીધી પ્રવાહ સક્રિય છે. આ ત્રણ વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત ગરમી વિનિમય માધ્યમમાં તફાવત છે.

· કુદરતી ઠંડક
ફ્રી કૂલિંગમાં ગરમીના વિનિમય માટે કોઈ વધારાના ઉપકરણો નથી. ઉદાહરણ તરીકે, BYD એ Qin, Tang, Song, E6, Tengshi અને LFP કોષોનો ઉપયોગ કરતા અન્ય મોડેલોમાં કુદરતી ઠંડક અપનાવી છે. એવું સમજી શકાય છે કે ફોલો-અપ BYD ટર્નરી બેટરીનો ઉપયોગ કરતા મોડેલો માટે પ્રવાહી ઠંડક પર સ્વિચ કરશે.

· એર કૂલિંગ (પીટીસી એર હીટર)
એર કૂલિંગમાં ગરમીના સ્થાનાંતરણ માધ્યમ તરીકે હવાનો ઉપયોગ થાય છે. બે સામાન્ય પ્રકારો છે. પહેલા પ્રકારને પેસિવ એર કૂલિંગ કહેવામાં આવે છે, જે ગરમીના વિનિમય માટે સીધા બાહ્ય હવાનો ઉપયોગ કરે છે. બીજો પ્રકાર સક્રિય એર કૂલિંગ છે, જે બેટરી સિસ્ટમમાં પ્રવેશતા પહેલા બહારની હવાને પ્રી-હીટ અથવા ઠંડુ કરી શકે છે. શરૂઆતના દિવસોમાં, ઘણા જાપાની અને કોરિયન ઇલેક્ટ્રિક મોડેલો એર-કૂલ્ડ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરતા હતા.

· પ્રવાહી ઠંડક
પ્રવાહી ઠંડકમાં ગરમીના સ્થાનાંતરણ માધ્યમ તરીકે એન્ટિફ્રીઝ (જેમ કે ઇથિલિન ગ્લાયકોલ)નો ઉપયોગ થાય છે. દ્રાવણમાં સામાન્ય રીતે અનેક અલગ અલગ ગરમી વિનિમય સર્કિટ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, VOLT માં રેડિયેટર સર્કિટ, એર કન્ડીશનીંગ સર્કિટ (પીટીસી એર કન્ડીશનીંગ), અને પીટીસી સર્કિટ (પીટીસી શીતક હીટર). બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ થર્મલ મેનેજમેન્ટ વ્યૂહરચના અનુસાર પ્રતિક્રિયા આપે છે અને ગોઠવાય છે અને સ્વિચ કરે છે. TESLA મોડેલ S માં મોટર કૂલિંગ સાથે શ્રેણીમાં સર્કિટ છે. જ્યારે બેટરીને નીચા તાપમાને ગરમ કરવાની જરૂર હોય છે, ત્યારે મોટર કૂલિંગ સર્કિટ બેટરી કૂલિંગ સર્કિટ સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલ હોય છે, અને મોટર બેટરીને ગરમ કરી શકે છે. જ્યારે પાવર બેટરી ઊંચા તાપમાને હોય છે, ત્યારે મોટર કૂલિંગ સર્કિટ અને બેટરી કૂલિંગ સર્કિટ સમાંતર રીતે ગોઠવવામાં આવશે, અને બે કૂલિંગ સિસ્ટમ્સ સ્વતંત્ર રીતે ગરમીને દૂર કરશે.

૧. ગેસ કન્ડેન્સર

2. સેકન્ડરી કન્ડેન્સર

૩. સેકન્ડરી કન્ડેન્સર ફેન

૪. ગેસ કન્ડેન્સર પંખો

૫. એર કન્ડીશનર પ્રેશર સેન્સર (ઉચ્ચ દબાણ બાજુ)

૬. એર કન્ડીશનર તાપમાન સેન્સર (ઉચ્ચ દબાણ બાજુ)

7. ઇલેક્ટ્રોનિક એર કન્ડીશનર કોમ્પ્રેસર

8. એર કન્ડીશનર પ્રેશર સેન્સર (ઓછા દબાણવાળી બાજુ)

9. એર કન્ડીશનર તાપમાન સેન્સર (ઓછું દબાણ બાજુ)

૧૦. વિસ્તરણ વાલ્વ (કૂલર)

૧૧. વિસ્તરણ વાલ્વ (બાષ્પીભવન કરનાર)

· ડાયરેક્ટ કૂલિંગ
ડાયરેક્ટ કૂલિંગમાં રેફ્રિજન્ટ (ફેઝ-ચેન્જિંગ મટિરિયલ)નો ઉપયોગ ગરમીના વિનિમય માધ્યમ તરીકે થાય છે. ગેસ-લિક્વિડ ફેઝ ટ્રાન્ઝિશન પ્રક્રિયા દરમિયાન રેફ્રિજન્ટ મોટી માત્રામાં ગરમી શોષી શકે છે. રેફ્રિજન્ટની તુલનામાં, હીટ ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા ત્રણ ગણીથી વધુ વધારી શકાય છે, અને બેટરીને વધુ ઝડપથી બદલી શકાય છે. સિસ્ટમની અંદરની ગરમી દૂર કરવામાં આવે છે. BMW i3 માં ડાયરેક્ટ કૂલિંગ સ્કીમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.

 

ઠંડક કાર્યક્ષમતા ઉપરાંત, બેટરી સિસ્ટમની થર્મલ મેનેજમેન્ટ યોજનામાં બધી બેટરીઓના તાપમાનની સુસંગતતા ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. PACK માં સેંકડો કોષો છે, અને તાપમાન સેન્સર દરેક કોષને શોધી શકતું નથી. ઉદાહરણ તરીકે, ટેસ્લા મોડેલ S ના મોડ્યુલમાં 444 બેટરી છે, પરંતુ ફક્ત 2 તાપમાન શોધ બિંદુઓ ગોઠવાયેલા છે. તેથી, થર્મલ મેનેજમેન્ટ ડિઝાઇન દ્વારા બેટરીને શક્ય તેટલી સુસંગત બનાવવી જરૂરી છે. અને બેટરી પાવર, લાઇફ અને SOC જેવા સુસંગત પ્રદર્શન પરિમાણો માટે સારી તાપમાન સુસંગતતા પૂર્વશરત છે.