పవర్ బ్యాటరీ ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమం యొక్క ఉష్ణ నిర్వహణ వ్యవస్థ విశ్లేషణ

నూతన శక్తి వాహనాలలోని కీలక సాంకేతికతలలో పవర్ బ్యాటరీలు ఒకటి. బ్యాటరీల నాణ్యత ఒకవైపు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల ధరను, మరోవైపు వాటి ప్రయాణ పరిధిని నిర్ధారిస్తుంది. ఇది ఆమోదం మరియు వేగవంతమైన వినియోగానికి ఒక కీలకమైన అంశం.

పవర్ బ్యాటరీల వినియోగ లక్షణాలు, అవసరాలు మరియు అనువర్తన రంగాల ప్రకారం, దేశ విదేశాలలో పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి చెందుతున్న పవర్ బ్యాటరీల రకాలు స్థూలంగా: లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు, నికెల్-కాడ్మియం బ్యాటరీలు, నికెల్-మెటల్ హైడ్రైడ్ బ్యాటరీలు, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, ఫ్యూయల్ సెల్స్ మొదలైనవి. వీటిలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల అభివృద్ధి అత్యధిక దృష్టిని ఆకర్షిస్తోంది.

పవర్ బ్యాటరీ ఉష్ణోత్పత్తి ప్రవర్తన

పవర్ బ్యాటరీ మాడ్యూల్ యొక్క ఉష్ణ మూలం, ఉష్ణోత్పత్తి రేటు, బ్యాటరీ ఉష్ణ సామర్థ్యం మరియు ఇతర సంబంధిత పారామితులు బ్యాటరీ స్వభావంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. బ్యాటరీ ద్వారా విడుదలయ్యే ఉష్ణం, బ్యాటరీ యొక్క రసాయన, యాంత్రిక మరియు విద్యుత్ స్వభావం మరియు లక్షణాలపై, ముఖ్యంగా విద్యుత్ రసాయన చర్య యొక్క స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. బ్యాటరీ చర్యలో ఉత్పన్నమయ్యే ఉష్ణ శక్తిని బ్యాటరీ చర్య ఉష్ణం Qr ద్వారా వ్యక్తపరచవచ్చు; విద్యుత్ రసాయన ధ్రువీకరణం (పోలరైజేషన్) వలన బ్యాటరీ యొక్క వాస్తవ వోల్టేజ్ దాని సమతాస్థితి విద్యుత్ చాలక శక్తి నుండి విచలనం చెందుతుంది, మరియు బ్యాటరీ ధ్రువీకరణం వలన కలిగే శక్తి నష్టాన్ని Qp ద్వారా వ్యక్తపరుస్తారు. చర్య సమీకరణం ప్రకారం జరిగే బ్యాటరీ చర్యతో పాటు, కొన్ని ఉప చర్యలు (సైడ్ రియాక్షన్స్) కూడా ఉంటాయి. సాధారణ ఉప చర్యలలో ఎలక్ట్రోలైట్ విచ్ఛిన్నం మరియు బ్యాటరీ స్వీయ-ఉత్సర్గం (సెల్ఫ్-డిశ్చార్జ్) ఉంటాయి. ఈ ప్రక్రియలో ఉత్పన్నమయ్యే ఉప చర్య ఉష్ణం Qs. అదనంగా, ఏ బ్యాటరీకైనా అనివార్యంగా నిరోధకత ఉంటుంది కాబట్టి, కరెంట్ ప్రవహించినప్పుడు జౌల్ ఉష్ణం Qj ఉత్పన్నమవుతుంది. అందువల్ల, ఒక బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం ఉష్ణం అనేది ఈ క్రింది అంశాల ఉష్ణాల మొత్తం: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

నిర్దిష్ట ఛార్జింగ్ (డిశ్చార్జింగ్) ప్రక్రియను బట్టి, బ్యాటరీ వేడిని ఉత్పత్తి చేయడానికి కారణమయ్యే ప్రధాన కారకాలు కూడా భిన్నంగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, బ్యాటరీ సాధారణంగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు, Qr అనేది ప్రధాన కారకం; మరియు బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ యొక్క తరువాతి దశలో, ఎలక్ట్రోలైట్ విచ్ఛిన్నం కారణంగా, సైడ్ రియాక్షన్లు జరగడం ప్రారంభమవుతాయి (సైడ్ రియాక్షన్ హీట్ Qs). బ్యాటరీ దాదాపు పూర్తిగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు మరియు ఓవర్‌ఛార్జ్ అయినప్పుడు, ప్రధానంగా జరిగేది ఎలక్ట్రోలైట్ విచ్ఛిన్నం, ఇక్కడ Qs ఆధిపత్యం వహిస్తుంది. జౌల్ హీట్ Qj అనేది కరెంట్ మరియు రెసిస్టెన్స్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. సాధారణంగా ఉపయోగించే ఛార్జింగ్ పద్ధతి స్థిరమైన కరెంట్ కింద జరుగుతుంది, మరియు ఈ సమయంలో Qj ఒక నిర్దిష్ట విలువగా ఉంటుంది. అయితే, స్టార్ట్-అప్ మరియు యాక్సిలరేషన్ సమయంలో, కరెంట్ సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. HEV విషయంలో, ఇది పదుల ఆంపియర్ల నుండి వందల ఆంపియర్ల కరెంట్‌కు సమానం. ఈ సమయంలో, జౌల్ హీట్ Qj చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు బ్యాటరీ వేడి విడుదలకు ప్రధాన మూలంగా మారుతుంది.

ఉష్ణ నిర్వహణ నియంత్రణ దృక్కోణం నుండి, ఉష్ణ నిర్వహణ వ్యవస్థలను క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక అని రెండు రకాలుగా విభజించవచ్చు. ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమం దృక్కోణం నుండి, ఉష్ణ నిర్వహణ వ్యవస్థలను గాలి-శీతలీకరణ, ద్రవ-శీతలీకరణ మరియు దశ-మార్పు ఉష్ణ నిల్వగా విభజించవచ్చు.

ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమంగా గాలితో ఉష్ణ నిర్వహణ

ఉష్ణ నిర్వహణ వ్యవస్థ యొక్క పనితీరు మరియు ఖర్చుపై ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమం గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమంగా గాలిని ఉపయోగించడం అంటే, ఉష్ణ వెదజల్లుట అనే లక్ష్యాన్ని సాధించడానికి, గాలిని నేరుగా బ్యాటరీ మాడ్యూల్ గుండా ప్రవహించేలా ప్రవేశపెట్టడం. సాధారణంగా, దీనికి ఫ్యాన్లు, ఇన్లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ వెంటిలేషన్ మరియు ఇతర భాగాలు అవసరమవుతాయి.
వివిధ గాలి ప్రవేశ వనరుల ప్రకారం, సాధారణంగా ఈ క్రింది రూపాలు ఉంటాయి:
1. బయటి గాలి ప్రసరణతో నిష్క్రియాత్మక శీతలీకరణ
2. ప్రయాణీకుల కంపార్ట్‌మెంట్ గాలి ప్రసరణ కోసం నిష్క్రియ శీతలీకరణ/తాపన
3. బయటి లేదా ప్రయాణీకుల కంపార్ట్‌మెంట్ గాలిని క్రియాశీలకంగా చల్లబరచడం/తాపనం చేయడం
నిష్క్రియాత్మక వ్యవస్థ నిర్మాణం చాలా సరళంగా ఉంటుంది మరియు ఇప్పటికే ఉన్న వాతావరణాన్ని నేరుగా ఉపయోగించుకుంటుంది. ఉదాహరణకు, శీతాకాలంలో బ్యాటరీని వేడి చేయవలసి వస్తే, ప్రయాణీకుల కంపార్ట్‌మెంట్‌లోని వేడి వాతావరణాన్ని గాలిని పీల్చుకోవడానికి ఉపయోగించుకోవచ్చు. డ్రైవింగ్ సమయంలో బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువగా ఉండి, ప్రయాణీకుల కంపార్ట్‌మెంట్‌లోని గాలి చల్లబరిచే ప్రభావం సరిగా లేకపోతే, చల్లబరచడానికి బయటి నుండి చల్లని గాలిని పీల్చుకోవచ్చు.

యాక్టివ్ సిస్టమ్ కోసం, హీటింగ్ లేదా కూలింగ్ ఫంక్షన్‌లను అందించడానికి మరియు బ్యాటరీ స్థితికి అనుగుణంగా స్వతంత్రంగా నియంత్రించబడటానికి ఒక ప్రత్యేక వ్యవస్థను ఏర్పాటు చేయాలి, ఇది వాహనం యొక్క శక్తి వినియోగాన్ని మరియు ఖర్చును కూడా పెంచుతుంది. విభిన్న వ్యవస్థల ఎంపిక ప్రధానంగా బ్యాటరీ వినియోగ అవసరాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమంగా ద్రవంతో ఉష్ణ నిర్వహణ

ద్రవాన్ని మాధ్యమంగా ఉపయోగించి ఉష్ణ బదిలీ చేయడానికి, ఉష్ణ సంవహనం మరియు ఉష్ణ వాహనం రూపంలో పరోక్ష తాపన మరియు శీతలీకరణను నిర్వహించడానికి, మాడ్యూల్ మరియు ద్రవ మాధ్యమం మధ్య వాటర్ జాకెట్ వంటి ఉష్ణ బదిలీ అనుసంధానాన్ని ఏర్పాటు చేయడం అవసరం. ఉష్ణ బదిలీ మాధ్యమం నీరు, ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ లేదా రిఫ్రిజెరెంట్ కూడా కావచ్చు. డైఎలెక్ట్రిక్ ద్రవంలో పోల్ పీస్‌ను ముంచడం ద్వారా ప్రత్యక్ష ఉష్ణ బదిలీ కూడా జరుగుతుంది, కానీ షార్ట్ సర్క్యూట్‌ను నివారించడానికి ఇన్సులేషన్ చర్యలు తప్పనిసరిగా తీసుకోవాలి.

నిష్క్రియాత్మక ద్రవ శీతలీకరణ సాధారణంగా ద్రవ-పరిసర గాలి ఉష్ణ మార్పిడిని ఉపయోగించి, ఆపై ద్వితీయ ఉష్ణ మార్పిడి కోసం బ్యాటరీలోకి కోకోన్‌లను ప్రవేశపెడుతుంది, అయితే సక్రియ శీతలీకరణ ప్రాథమిక శీతలీకరణను సాధించడానికి ఇంజిన్ కూలెంట్-ద్రవ మాధ్యమ ఉష్ణ వినిమయకారులను లేదా విద్యుత్ తాపన/థర్మల్ ఆయిల్ తాపనాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. తాపనం, ప్రయాణీకుల క్యాబిన్ గాలి/ఎయిర్ కండిషనింగ్ రిఫ్రిజెరెంట్-ద్రవ మాధ్యమంతో ప్రాథమిక శీతలీకరణ.
గాలి మరియు ద్రవాన్ని మాధ్యమంగా కలిగిన ఉష్ణ నిర్వహణ వ్యవస్థకు ఫ్యాన్లు, నీటి పంపులు, ఉష్ణ వినిమయకారులు, హీటర్లు అవసరం (PTC ఎయిర్ హీటర్పైప్‌లైన్‌లు మరియు ఇతర అనుబంధ పరికరాలు నిర్మాణాన్ని చాలా పెద్దదిగా మరియు సంక్లిష్టంగా చేస్తాయి, అలాగే బ్యాటరీ శక్తిని కూడా వినియోగిస్తాయి, దీనివల్ల బ్యాటరీ యొక్క పవర్ డెన్సిటీ మరియు ఎనర్జీ డెన్సిటీ తగ్గుతాయి.
(PTC కూలెంట్హీటర్నీటితో చల్లబడే బ్యాటరీ కూలింగ్ సిస్టమ్, కూలెంట్ (50% నీరు/50% ఇథిలీన్ గ్లైకాల్)ను ఉపయోగించి, బ్యాటరీ కూలర్ ద్వారా బ్యాటరీ నుండి ఎయిర్-కండిషనింగ్ రిఫ్రిజెరెంట్ సిస్టమ్‌కు, ఆపై కండెన్సర్ ద్వారా పరిసరాలకు వేడిని బదిలీ చేస్తుంది. బ్యాటరీ కూలర్ ద్వారా ఉష్ణ మార్పిడి జరిగిన తర్వాత, లోపలికి తీసుకున్న నీటి ఉష్ణోగ్రత సులభంగా తక్కువ స్థాయికి చేరుకుంటుంది, మరియు బ్యాటరీని దాని ఉత్తమ పని ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో పనిచేసేలా సర్దుబాటు చేయవచ్చు; ఈ సిస్టమ్ సూత్రం పటంలో చూపబడింది. రిఫ్రిజెరెంట్ సిస్టమ్ యొక్క ప్రధాన భాగాలు: కండెన్సర్, ఎలక్ట్రిక్ కంప్రెసర్, ఎవాపరేటర్, స్టాప్ వాల్వ్‌తో కూడిన ఎక్స్‌పాన్షన్ వాల్వ్, బ్యాటరీ కూలర్ (స్టాప్ వాల్వ్‌తో కూడిన ఎక్స్‌పాన్షన్ వాల్వ్) మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ పైపులు మొదలైనవి; కూలింగ్ వాటర్ సర్క్యూట్‌లో ఇవి ఉంటాయి:విద్యుత్ నీటి పంపు, బ్యాటరీ (కూలింగ్ ప్లేట్లతో సహా), బ్యాటరీ కూలర్లు, నీటి పైపులు, విస్తరణ ట్యాంకులు మరియు ఇతర ఉపకరణాలు.