Diskusi tentang teknologi manajemen termal baterai kendaraan energi baru
Baterai listrik merupakan sumber daya utama bagi kendaraan berenergi baru. Baterai menghasilkan banyak panas selama pengoperasian kendaraan, dan seiring berjalannya waktu, panas tersebut terakumulasi dalam ruang yang relatif kecil. Karena penumpukan sel yang padat dalam kemasan baterai, maka semakin sulit pula untuk menghilangkan panas di area tengah hingga batas tertentu, yang memperburuk ketidakkonsistenan suhu antarsel. Akibatnya, efisiensi pengisian dan pengosongan baterai akan berkurang, yang memengaruhi daya baterai. Dalam kasus yang parah, hal itu juga akan menyebabkan thermal runaway, yang memengaruhi keselamatan dan masa pakai sistem. Terutama dalam hal manajemen suhu, thermal runaway baterai dapat menyebabkan kebakaran dan penurunan kinerja. Oleh karena itu, penelitian tentang teknologi manajemen termal baterai kendaraan berenergi baru sangat penting bagi pengembangan kendaraan berenergi baru.
1. Komponen dasar sistem manajemen termal kendaraan
Sistem manajemen termal kendaraan energi baru mencakup empat bagian: sistem baterai, sistem motor, sistem pendingin udara, dan komponen lainnya. Dibandingkan dengan manajemen termal kendaraan bahan bakar tradisional, sistem manajemen termal kendaraan energi baru lebih kompleks. Sistem baterai merupakan komponen vital kendaraan energi baru. Insinyur perlu memulai dengan manajemen termal sistem baterai untuk merancang sistem manajemen termal yang baik untuk seluruh kendaraan.
Sejak lahirnya kendaraan energi baru, para ahli dan akademisi di industri terkait telah melakukan banyak penelitian tentang pembuangan panas baterai mereka, dan telah mencapai banyak hasil. Metode pendinginan arus utama manajemen termal baterai telah berubah dari pendinginan udara menjadi pendinginan cair, pendinginan material perubahan fase, dan pendinginan pipa panas. Berikut ini menganalisis teknologi pendinginan seperti pendinginan udara, pendinginan cair, pendinginan material perubahan fase, dan pendinginan pipa panas.
2.1 Pendinginan Udara
Pendinginan udara adalah metode pembuangan panas yang menggunakan udara sebagai media dan memanfaatkan konveksi panas di udara agar baterai dapat langsung bertukar panas dengan udara, sehingga suhu baterai dapat diturunkan. Pendinginan udara dapat dibagi menjadi pendinginan alami dan pendinginan paksa berdasarkan penggunaan kipas. Pendinginan udara alami digunakan tanpa kipas; pendinginan udara paksa digunakan dengan kipas. Sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa efek pembuangan panas dari pendinginan udara paksa jauh lebih tinggi daripada pendinginan udara alami.
Pendinginan udara juga dapat dibagi menjadi pendinginan serial dan pendinginan paralel menurut struktur pembuangan panas yang berbeda. Dalam metode pendinginan serial, aliran udara mengalir masuk dari satu sisi dan mengalir keluar dari sisi lainnya. Metode ini akan menyebabkan pendinginan baterai yang buruk jauh dari saluran aliran masuk udara, pembuangan panas baterai yang tidak merata, dan perbedaan suhu yang besar dalam baterai; dalam metode pendinginan paralel, aliran udara umumnya masuk dari bawah dan mengalir keluar dari atas. Seperti yang dapat dilihat dari gambar, aliran udara pendingin pada dasarnya dapat mengalir melalui permukaan setiap baterai, sehingga perbedaan suhu antara setiap baterai akan lebih kecil daripada pendinginan serial, tetapi juga membawa masalah distribusi panas yang tidak merata.
2.2 Pendinginan Cair
Teknologi pendingin cair pada baterai merupakan salah satu teknologi manajemen termal. Teknologi ini biasanya menggunakan cairan pendingin dengan koefisien perpindahan panas yang tinggi agar baterai dapat bertukar panas dengan cairan pendingin, sehingga suhu baterai dapat menurun.
Kinerja pembuangan panas dari paket baterai berpendingin udara dan berpendingin cairan dibandingkan dan dianalisis. Hasilnya menunjukkan bahwa suhu maksimum paket baterai lebih rendah dan konsistensi suhu lebih baik dalam sistem pendingin cair. Pendinginan cair adalah metode pembuangan panas yang sangat efektif, dan koefisien perpindahan panasnya lebih tinggi daripada pendinginan udara. Sistem pendingin cair kendaraan listrik dapat dibagi menjadi kontak langsung dan kontak tidak langsung menurut bentuk kontak antara cairan isolasi dan baterai. Bentuk merendam sel atau modul baterai dalam cairan untuk pertukaran panas adalah bentuk kontak langsung; selain itu, saluran pendingin dapat diatur di antara modul baterai, atau pelat pendingin dapat digunakan di bagian bawah baterai. Panas baterai daya ditransfer ke pendingin melalui pelat pendingin. Bentuk pendinginan cair ini adalah kontak tidak langsung. Kedua bentuk ini memiliki persyaratan tinggi untuk kekedapan udara sistem pendingin cair. Selain itu, persyaratan kekuatan mekanisnya tinggi, dan ketahanan getaran serta persyaratan masa pakai sistem pendingin perlu dijamin.
Sistem pendingin cair kendaraan listrik terutama terdiri dari cairan pendingin, pelat pendingin, pompa air elektronik, sensor suhu, radiator, dll. Kompresor, sebagai sumber daya pendinginan, menentukan kapasitas pertukaran panas seluruh sistem. Pendingin (alat pendingin) berperan sebagai pertukaran refrigeran dan cairan pendingin, dan jumlah pertukaran panas secara langsung menentukan suhu cairan pendingin. Pompa air menentukan laju aliran cairan pendingin di dalam pipa. Semakin cepat laju aliran, semakin baik kinerja pertukaran panas, dan sebaliknya.
2.3 Pendinginan Material Perubahan Fase
Teknologi pembuangan panas material pengubah fase (PCM) menggunakan prinsip bahwa material pengubah fase menyerap panas saat mengalami perubahan fase. Material pengubah fase ditempatkan di sekitar kemasan baterai dan mencapai suhu perubahan fase dalam kondisi tertentu. Material pengubah fase mengalami perubahan fase dan menyerap panas yang dihasilkan saat baterai bekerja, sehingga secara efektif menghindari proses pemanasan berlebih pada modul baterai. Karena proses perubahan fase adalah proses suhu konstan, suhu baterai dapat dipertahankan dengan baik di dekat suhu perubahan fase material pengubah fase, sehingga menekan suhu baterai agar tidak terus meningkat. Namun, penggunaan pendinginan material pengubah fase memerlukan perhatian pada masalah penyegelan, dan akan meningkatkan volume kemasan baterai serta mengurangi kepadatan energi. Selain itu, fungsi pengawetan panas hanya dapat dipertahankan dalam waktu parkir yang terbatas. Pemanasan awal baterai jangka panjang masih bergantung pada sumber panas internal, dan pengawetan panas umumnya memerlukan konduktivitas termal yang lebih rendah, yang dapat menyebabkan masalah dengan distribusi suhu yang tidak merata.
2.4 Pendinginan pipa panas
Pendinginan pipa kalor adalah membagi pipa kalor menjadi bagian penguapan, bagian perpindahan kalor, dan bagian kondensasi. Prinsip utama pembuangan kalor adalah membuang kalor dalam kemasan baterai melalui bagian penguapan pipa kalor yang menyerap kalor. Kalor dalam bagian penguapan dipindahkan ke bagian kondensasi melalui bagian tengah pipa kalor karena adanya perbedaan tekanan yang terbentuk, sehingga tercapai manajemen termal kemasan baterai yang efektif. Terkait penelitian tentang pendinginan pipa kalor, efek pendinginan dari tiga metode pendinginan baterai daya, yaitu pendinginan udara, cairan, dan pipa kalor, dibandingkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pendinginan pipa kalor memiliki efek pendinginan terbaik pada kemasan baterai.
