Wpływ chłodzenia akumulatora trakcyjnego na czas ładowania w pojazdach elektrycznych
AudiWraz z rosnącą popularnością pojazdów elektrycznych efektywność i trwałość akumulatorów trakcyjnych stają się kluczowymi czynnikami, które decydują o sukcesie technologii e-mobility. Jednym z największych wyzwań, przed którymi stoją producenci baterii, jest skuteczne zarządzanie temperaturą podczas ich pracy, zwłaszcza w trakcie ładowania.
- Przegrzewanie ogniw baterii litowo-jonowych – konsekwencje odczuwalne w żywotności baterii, a nawet w całym układzie elektrycznym.
- Na czym polega kondycjonowanie wstępne?
- Ekstremalne warunki pogodowe a zarządzanie temperaturą.
- Co gdy akumulatory trakcyjne ładują się nierównomiernie? Poznaj nowoczesne rozwiązania z zakresu e-mobility.
Podczas ładowania akumulatorów trakcyjnych, szczególnie przy użyciu szybkich ładowarek, generowane jest znaczne ciepło. Przegrzewanie się ogniw baterii litowo-jonowych może prowadzić do wielu problemów, w tym:
- obniżenia wydajności,
- skrócenia żywotności baterii,
- a w skrajnych przypadkach – nawet do awarii termicznych.
Optymalna temperatura akumulatorów trakcyjnych a efektywność ładowania pojazdów elektrycznych
Akumulatory trakcyjne osiągają najlepszą wydajność w temperaturze 20–40°C, co ma kluczowe znaczenie dla efektywności energetycznej oraz szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych. Utrzymanie tego zakresu temperatur jest niezbędne dla długiej żywotności akumulatorów i ich wysokiej sprawności. W temperaturach poniżej 20°C procesy chemiczne w ogniwach spowalniają, co powoduje spadek pojemności akumulatora oraz wydłużenie czasu ładowania.
Natomiast temperatury powyżej 40°C prowadzą do degradacji elektrolitów i materiałów aktywnych, skracając żywotność ogniw. Skrajnie wysokie temperatury mogą:
- powodować deformacje,
- awarie termiczne,
- a nawet samozapłon akumulatora.
Kondycjonowanie wstępne – inteligentne zarządzanie temperaturą
Podczas szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych, ogniwa akumulatorów narażone są na intensywne nagrzewanie. Dlatego systemy zarządzania temperaturą akumulatora odgrywają kluczową rolę, zapewniając skuteczne chłodzenie i utrzymanie bezpiecznych parametrów pracy. Zarządzanie termiczne zapobiega przegrzewaniu ogniw, co jest niezbędne dla ich trwałości i wydajności.
W wielu nowoczesnych samochodach elektrycznych systemy te analizują trasę pojazdu i przewidują przystanki na ładowanie. Dzięki temu mogą automatycznie dostosować temperaturę akumulatora przed dotarciem do stacji ładowania, co pozwala na ładowanie z pełną mocą od momentu podłączenia do ładowarki. Wstępne kondycjonowanie akumulatora skraca czas ładowania, zwiększając komfort użytkowania pojazdu.
Znaczenie zarządzania temperaturą w ekstremalnych warunkach pogodowych
Kondycjonowanie wstępne odgrywa szczególnie ważną rolę w ekstremalnych warunkach pogodowych, gdy temperatura otoczenia jest daleka od optymalnych wartości. Dzięki temu akumulator jest przygotowany do pracy w najlepszych możliwych warunkach, co nie tylko skraca czas ładowania, ale także chroni akumulator przed przeciążeniem termicznym i wydłuża jego żywotność.
Problemy z chłodzeniem akumulatorów w pierwszych pojazdach elektrycznych
Pierwsze samochody elektryczne nie posiadały aktywnych systemów chłodzenia akumulatorów, co prowadziło do trudności w ich chłodzeniu, szczególnie podczas dłuższych podróży. Wysoka temperatura akumulatorów trakcyjnych ograniczała moc ładowania, co wydłużało czas spędzony na stacji ładowania i obniżało komfort użytkowania. Przykładem tego problemu był Nissan Leaf – w początkowych wersjach tego pojazdu brak systemu chłodzenia baterii skutkował zmniejszeniem mocy ładowania (z 50 kW do 20 kW), co znacząco wydłużało czas ładowania, szczególnie w upalne dni.
Nierównomierne chłodzenie akumulatorów trakcyjnych – wyzwania i nowoczesne rozwiązania
W odpowiedzi na wyzwania związane z przegrzewaniem akumulatorów trakcyjnych, producenci pojazdów elektrycznych rozwijają zaawansowane technologie aktywnego chłodzenia. Obecnie dominują systemy chłodzenia cieczą, które składają się z:
- wymiennika ciepła,
- pompy obiegowej,
- metalowych rur transportujących chłodziwo na bazie glikolu
- oraz zintegrowanych płyt chłodzących w obudowie akumulatora.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Płyty te są zazwyczaj montowane na spodzie baterii, co zapewnia skuteczne chłodzenie dolnych partii ogniw.
Jednak taka konstrukcja ma swoje ograniczenia – górne części ogniw są chłodzone mniej efektywnie, co prowadzi do nierównomiernego rozkładu temperatury w akumulatorze. W efekcie, górne partie mogą osiągać wyższe temperatury, co negatywnie wpływa na wydajność i stabilność akumulatora podczas intensywnego ładowania. System zarządzania energią, aby zapobiec przegrzaniu ogniw, automatycznie redukuje moc ładowania, co wydłuża czas ładowania na stacji.
Innowacyjne technologie chłodzenia akumulatorów – oleje dielektryczne
Chociaż aktywne chłodzenie cieczą jest obecnie popularnym rozwiązaniem, konstruktorzy pracują nad nowymi technologiami, które mają na celu optymalizację chłodzenia akumulatorów. Wprowadzenie ulepszonych konstrukcji płyt chłodzących, zaawansowanych materiałów o wyższej przewodności cieplnej oraz wydajniejszych układów chłodzenia ma na celu lepszą kontrolę temperatury w pojazdach elektrycznych.
Pakiety ogniw zanurzone w oleju
Nową obiecującą technologią jest zastosowanie olejów dielektrycznych w procesie chłodzenia ogniw akumulatorów. Dzięki doskonałej przewodności cieplnej i właściwościom izolacyjnym, oleje dielektryczne mogą znacząco poprawić zarządzanie termiczne w pojazdach elektrycznych. W przypadku bezpośredniego chłodzenia, ogniwa są zanurzone w cieczy chłodzącej, co umożliwia równomierne odprowadzanie ciepła z całej ich powierzchni, minimalizując ryzyko przegrzewania. Z kolei pośrednie chłodzenie z użyciem olejów odbywa się w zamkniętych obiegach, co dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo i kontrolę nad procesem.
Szybsze ładowanie akumulatorów dzięki zaawansowanemu chłodzeniu
Technologia chłodzenia z zastosowaniem olejów dielektrycznych ma potencjał do znacznego skrócenia czasu ładowania. Standardowy akumulator litowo-jonowy może zostać naładowany od 10% do 80% w zaledwie 12 minut przy zastosowaniu tej technologii, podczas gdy w tradycyjnych systemach zarządzania temperaturą proces ten trwa około 18 minut. Chociaż technologia ta jest w fazie testów, jej wdrożenie może znacząco poprawić wydajność akumulatorów trakcyjnych.
Przyszłość chłodzenia akumulatorów trakcyjnych
Dalsze badania nad olejami dielektrycznymi mogą wprowadzić nowe standardy chłodzenia, umożliwiając jeszcze szybsze ładowanie akumulatorów w pojazdach elektrycznych, jednocześnie minimalizując ryzyko przegrzania i uszkodzeń termicznych. Dzięki temu technologia ta nie tylko zwiększy efektywność ładowania, ale również obniży koszty produkcji i serwisowania akumulatorów, przyczyniając się do dalszego rozwoju elektromobilności.
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
