बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली (बीटीएमएस)
बैटरी थर्मल मैनेजमेंट सिस्टम (बीटीएमएस) इलेक्ट्रिक वाहन की मुख्य प्रणालियों में से एक है, जो सीधे पूरे वाहन की सुरक्षा, प्रदर्शन और जीवनकाल को प्रभावित करता है।
I. बैटरियों को थर्मल प्रबंधन की आवश्यकता क्यों है?
पावर बैटरियां, विशेष रूप से लिथियम आयन बैटरियां, अपने प्रदर्शन, जीवनकाल और सुरक्षा के लिए ऑपरेटिंग तापमान पर अत्यधिक निर्भर होती हैं।
इष्टतम ऑपरेटिंग रेंज
बैटरियों के लिए आदर्श ऑपरेटिंग तापमान सीमा आमतौर पर 15 डिग्री और 40 डिग्री के बीच होती है, इष्टतम सीमा लगभग 20 डिग्री से 35 डिग्री होती है।
उच्च तापमान के खतरे
अत्यधिक उच्च तापमान (उदाहरण के लिए, 60 डिग्री से अधिक) बैटरी क्षमता क्षय को तेज करता है, आंतरिक प्रतिरोध बढ़ाता है, और चरम मामलों में, थर्मल रनवे को ट्रिगर कर सकता है, जिससे आग और विस्फोट हो सकता है।
कम तापमान के खतरे
अत्यधिक कम तापमान बैटरी के भीतर आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप क्षमता और बिजली उत्पादन में तेज गिरावट होती है, चार्जिंग में कठिनाई होती है और संभावित रूप से लिथियम का जमाव होता है, जिससे बैटरी को नुकसान पहुंचता है।
तापमान अंतर के खतरे
बैटरी पैक के भीतर कोशिकाओं या मॉड्यूल के बीच असमान तापमान वितरण (अत्यधिक तापमान अंतर) असंगत प्रदर्शन की ओर जाता है, पूरे बैटरी पैक की उम्र बढ़ने में तेजी लाता है, और इसकी उपयोग करने योग्य क्षमता को सीमित करता है।
इसलिए, एक कुशल थर्मल प्रबंधन प्रणाली का लक्ष्य बैटरी के तापमान को उसकी इष्टतम विंडो के भीतर बनाए रखना और बैटरी पैक के भीतर अधिकतम तापमान अंतर को कम करना है (आदर्श रूप से 3 डिग्री से कम या उसके बराबर)।
द्वितीय. थर्मल सिस्टम कैसे काम करता है
तरल थर्मल प्रबंधन प्रणाली गर्मी को खत्म करने या बैटरी को गर्म करने के लिए एक माध्यम के रूप में परिसंचारी शीतलक का उपयोग करती है।
ठंडा करने का कार्य
गर्मी अवशोषण: एक इलेक्ट्रिक पंप द्वारा संचालित, शीतलक बैटरी पैक के भीतर तरल शीतलन प्लेटों के माध्यम से प्रवाहित होता है (आमतौर पर बैटरी मॉड्यूल के संपर्क में), बैटरी द्वारा उत्पन्न गर्मी को अवशोषित करता है।
गर्मी अपव्यय: उच्च तापमान वाले शीतलक, गर्मी को अवशोषित करके, सामने के रेडिएटर में पंप किया जाता है (हवा को ठंडा किया जाता है) या वाहन के एयर कंडीशनिंग सिस्टम के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है (चिलरी हीट एक्सचेंजर के माध्यम से), गर्मी को बाहरी हवा में नष्ट कर देता है।
परिसंचरण: ठंडा किया गया शीतलक अगले चक्र की शुरुआत करते हुए वापस बैटरी पैक में प्रवाहित होता है।
हीटिंग फ़ंक्शन
जब बैटरी का तापमान बहुत कम होता है, तो सिस्टम पीटीसी हीटर (सकारात्मक तापमान गुणांक थर्मिस्टर) का उपयोग करके शीतलक को गर्म कर सकता है।
गर्म शीतलक तरल शीतलन प्लेटों के माध्यम से बहता है, जो बैटरी को गर्म करने के लिए "गर्म पानी की बोतल" की तरह काम करता है।
कुछ उन्नत सिस्टम इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गर्मी का भी उपयोग कर सकते हैं, इसे बैटरी हीटिंग के लिए प्लेट हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से पुनर्प्राप्त कर सकते हैं, जिससे ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है।
तृतीय. सिस्टम के प्रमुख घटक
एक विशिष्ट तरल थर्मल प्रबंधन प्रणाली में मुख्य रूप से निम्नलिखित घटक होते हैं:
लिक्विड कूलिंग प्लेट: बैटरी मॉड्यूल के सीधे संपर्क में कोर हीट एक्सचेंज घटक, आमतौर पर आंतरिक प्रवाह चैनल डिजाइन के साथ एल्यूमीनियम से बना होता है। इसके डिज़ाइन को गर्मी अपव्यय शक्ति, विश्वसनीयता और हल्के वजन को संतुलित करना चाहिए।
शीतलक: उच्च तापीय चालकता, इन्सुलेशन (शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए), कम चिपचिपाहट, एक विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान रेंज और अच्छी सामग्री अनुकूलता की आवश्यकता होती है। एथिलीन ग्लाइकोल - पानी के मिश्रण का आमतौर पर उपयोग किया जाता है (अनुपात को एंटीफ़्रीज़ आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित किया जाता है), हालांकि शुद्ध कार्बनिक अल्कोहल और अन्य ढांकता हुआ तरल पदार्थ भी कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं।
इलेक्ट्रिक पंप: शीतलक परिसंचरण के लिए शक्ति प्रदान करता है। मांग पर आपूर्ति प्राप्त करने और ऊर्जा खपत को कम करने के लिए इसकी गति अक्सर समायोज्य होती है।
उष्मा का आदान प्रदान करने वाला(चिलर): शीतलक सर्किट और एयर कंडीशनिंग कूलिंग सर्किट को जोड़ने वाला एक हीट एक्सचेंजर, जिसका उपयोग शीतलन को बढ़ाने के लिए किया जाता है।
रेडिएटर: वाहन के सामने स्थित, यह वायु प्रवाह के माध्यम से शीतलक से गर्मी को नष्ट कर देता है।
प्लेट हीट एक्सचेंजर: विभिन्न सर्किटों के बीच हीट एक्सचेंज के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति के लिए।
पीटीसी हीटर: एक उपकरण जो हीटिंग की आवश्यकता होने पर शीतलक को गर्म करता है।
वाल्व बॉडी (उदाहरण के लिए, थ्री वे वाल्व, सोलनॉइड वाल्व): शीतलक के प्रवाह की दिशा को नियंत्रित करता है, जिससे विभिन्न मोड के बीच स्विच करना संभव हो जाता है (उदाहरण के लिए, कूलिंग और हीटिंग मोड के बीच स्विच करना, या विभिन्न ताप स्रोतों के बीच स्विच करना)।
जलाशय: तापमान परिवर्तन के कारण शीतलक के विस्तार और संकुचन की भरपाई करता है, और भरने और रक्तस्राव की सुविधा देता है।
सेंसर और नियंत्रण इकाई: तापमान सेंसर वास्तविक समय में बैटरी और शीतलक तापमान की निगरानी करते हैं। बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) थर्मल प्रबंधन नियंत्रक मस्तिष्क है, जो एल्गोरिदम का उपयोग करके तापमान संकेतों और वाहन की स्थिति के आधार पर पंप, पीटीसी हीटर, वाल्व और एयर कंडीशनिंग कंप्रेसर जैसे एक्चुएटर्स के संचालन को बुद्धिमानी से नियंत्रित करता है।
