Yükleniyor...
Elektrikli otobüslerde ve diğer ağır hizmet tipi elektrikli araçlarda batarya performansı yalnızca şarj ve sürüş stratejilerine değil, uygun çalışma sıcaklıklarının korunmasına da bağlıdır.
Batarya Termal Yönetim Sistemleri (BTMS), batarya sıcaklığını ve hücreler arasındaki sıcaklık farklarını kontrol etmek üzere tasarlanır. Gerektiğinde bataryayı soğutarak veya ısıtarak dayanıklılık, güvenlik, menzil ve yoğun ticari kullanım sırasında istikrarlı performansın desteklenmesine katkı sağlar.
Elektrikli otobüsler ve diğer ağır hizmet tipi elektrikli araçlar zorlu çalışma koşullarına maruz kalır. Sık şarj, yüksek güç talebi, uzun çalışma saatleri, değişken yükler ve farklı ortam sıcaklıkları batarya paketlerinde önemli termal yükler oluşturabilir.
Şarj stratejileri, sürüş alışkanlıkları ve düzenli bakım batarya bozulmasını sınırlamaya yardımcı olabilir. Ancak bu uygulamalar bataryanın hangi sıcaklıkta çalıştığını doğrudan kontrol edemez.
BTMS'nin önemi bu noktada ortaya çıkar.
Yoğun kullanılan ticari araçlarda hücre sıcaklıklarının uygun ve mümkün olduğunca dengeli tutulması, bataryanın kullanım ömrü boyunca daha istikrarlı performans göstermesine katkıda bulunabilir.
📷
Aracın kullanım şekli de batarya ömrünü etkiler. Bataryanın uzun süre çok yüksek veya çok düşük şarj seviyelerinde tutulmaması, gereksiz yüksek güçlü hızlı şarjın sınırlandırılması, aşırı akım piklerinin azaltılması ve düzenli batarya kontrollerinin yapılması yaygın uygulamalar arasındadır.
Çevre koşulları da önemlidir. Yüksek sıcaklıklar batarya üzerindeki termal yükü artırabilirken, çok düşük sıcaklıklarda şarj ek batarya bozulması riskleri yaratabilir.
Bu uygulamalar batarya üzerindeki yükü azaltmaya yardımcı olur. Ancak daha büyük batarya paketleri, daha yüksek şarj güçleri ve yoğun günlük kullanım, aktif termal yönetimin önemini artırmaktadır.
Lityum iyon bataryalar hem aşırı sıcağa hem de düşük sıcaklıklara karşı hassastır.
Yüksek sıcaklıklar hücrelerdeki yaşlanma mekanizmalarını hızlandırabilir. Düşük sıcaklıklarda şarj ise iç direnci artırabilir ve ek elektrokimyasal stres oluşturabilir.
Bu nedenle BTMS yalnızca bataryayı soğutmaz. Çalışma koşullarına bağlı olarak sistem:
hızlı şarj veya yüksek güç gerektiren çalışma sırasında bataryayı soğutabilir;
düşük sıcaklıklarda bataryayı ısıtabilir;
hücreler arasındaki sıcaklık farklarını azaltabilir;
Batarya Yönetim Sistemi'nden (BMS) gelen bilgilere dinamik olarak yanıt verebilir;
anormal termal koşullarda batarya korumasına katkıda bulunabilir.
Sıcaklık dengesi özellikle büyük batarya paketlerinde önemlidir. Bazı hücreler sürekli olarak diğerlerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışırsa daha hızlı yaşlanabilir ve zamanla tüm batarya paketinin performansını sınırlayabilir.
BTMS mimarileri genel olarak pasif ve aktif sistemler olmak üzere iki gruba ayrılabilir.
Pasif sistemler, ek enerji tüketimini sınırlı tutarak ısıyı emmek veya aktarmak için faz değişimli malzemeler veya ısı boruları gibi teknolojiler kullanır. Nispeten basit yapıları, orta seviyedeki termal yüklerde veya tamamlayıcı bir çözüm olarak kullanılmalarını sağlayabilir.
Aktif sistemler ise bataryayı aktif olarak soğutmak veya ısıtmak için fanlar, pompalar, ısı eşanjörleri ve soğutma devreleri gibi bileşenlerden yararlanır. Daha yüksek kontrol kabiliyeti sunar ve yüksek güçlü şarj, yoğun çalışma döngüleri ve aşırı ortam sıcaklıkları için daha uygundur.
Aktif termal yönetim sistemlerinde sıvı soğutma, büyük ticari araç batarya paketleri için özellikle uygun bir çözüm olarak öne çıkar.
Hava soğutmayla karşılaştırıldığında sıvı devreleri, uzun süreli yüksek güç kullanımı ve hızlı şarj sırasında daha yüksek ısı transfer kapasitesi ve daha hassas sıcaklık kontrolü sağlayabilir.
Tipik bir sıvı soğutmalı sistem; su-glikol bazlı soğutucu devresi, soğutma plakaları, chiller ve elektrikli ısıtıcıyı bir araya getirebilir. Bu bileşenler aynı termal yönetim mimarisi üzerinden soğutma, ısıtma ve sıcaklık dengeleme işlevlerini gerçekleştirebilir.
Bu özellikler sıvı soğutmayı özellikle uzun çalışma saatlerine sahip veya yüksek güçlü şarj kullanan elektrikli otobüsler ve diğer ağır hizmet araçları için önemli hale getirir.
Batarya hücreleri ısı ürettiğinde, bu ısı batarya yapısı üzerinden soğutma plakalarına aktarılır. Plakaların içinde dolaşan soğutucu sıvı, ısıyı batarya paketinden uzaklaştırır.
Isınan soğutucu, bataryaya geri dönmeden önce bir chiller üzerinden aracın soğutma devresiyle ısı alışverişi yapabilir.
Soğuk hava koşullarında aynı sıvı devresi, şarj veya yüksek güç gerektiren kullanım öncesinde bataryayı ısıtmak için kullanılabilir.
Sistem; batarya sıcaklığına, aracın çalışma koşullarına ve BMS'den gelen komutlara bağlı olarak farklı modlarda çalışabilir.
Ticari elektrikli araçlarda daha büyük batarya paketleri, daha hızlı şarj ve daha yoğun çalışma döngüleri kullanıldıkça batarya termal yönetiminin önemi artmaktadır.
Elektrikli otobüslerde etkili bir BTMS, uygun batarya sıcaklıklarının korunmasına, hücreler arasındaki sıcaklık farklarının azaltılmasına ve aracın kullanım ömrü boyunca daha istikrarlı performans sağlanmasına katkıda bulunabilir.
Gelecekteki sistemlerin daha yüksek entegrasyon, ısı pompası tabanlı mimariler, daha hassas sıcaklık kontrolü ve öngörücü termal yönetim stratejileri yönünde gelişmesi beklenmektedir.
