थर्मल प्रबंधन प्रौद्योगिकी
बैटरी थर्मल प्रबंधन
बैटरी थर्मल प्रबंधन इलेक्ट्रिक वाहनों के थर्मल प्रबंधन प्रणाली का एक प्रमुख घटक है। इसका मुख्य लक्ष्य यह सुनिश्चित करना है कि बैटरी पैक विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत एक उपयुक्त ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखे ताकि बैटरी का प्रदर्शन, सुरक्षा और सेवा जीवन सुनिश्चित हो सके। बैटरी थर्मल प्रबंधन में मुख्य रूप से दो पहलू शामिल हैं: गर्मी अपव्यय और हीटिंग। निम्नलिखित इन दो कार्यों को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तकनीकी रास्तों पर विस्तार से चर्चा करेंगे।
1.बैटरी गर्मी अपव्यय
1) वायु शीतलन। वायु शीतलन अपेक्षाकृत सरल और कम लागत वाली ऊष्मा अपव्यय विधि है। यह प्राकृतिक संवहन के माध्यम से या हवा के प्रवाह को मजबूर करने के लिए एक पंखा लगाकर बैटरी द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को हटाता है। वायु शीतलन प्रणाली मुख्य रूप से ऊष्मा विनिमय के लिए बैटरी पैक की सतह पर हीट सिंक पर निर्भर करती है, जो कम शक्ति घनत्व आवश्यकताओं या मध्यम परिवेश के तापमान वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है। हालांकि, हवा की छोटी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता के कारण, ऊष्मा विनिमय दक्षता अपेक्षाकृत सीमित है, और उच्च-शक्ति और उच्च-ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी के लिए तेजी से ठंडा करने की क्षमता कमजोर है।
2) लिक्विड कूलिंग। लिक्विड कूलिंग सॉल्यूशन में हीट ट्रांसफर मीडियम के रूप में कूलेंट (जैसे पानी, एथिलीन ग्लाइकॉल सॉल्यूशन, आदि) का इस्तेमाल किया जाता है, जो कुशल हीट कंडक्शन को प्राप्त करने के लिए सर्कुलेशन पाइप के माध्यम से बैटरी के सीधे संपर्क में होता है। लिक्विड कूलिंग सिस्टम बैटरी के तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है, खासकर उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए। बैटरी को ज़्यादा गरम होने से प्रभावी रूप से रोकते हुए, यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी का तापमान समान रूप से वितरित हो, जिससे बैटरी की लाइफ़ और समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है। हालाँकि, लिक्विड कूलिंग की कुछ सीमाएँ हैं। लिक्विड कूलिंग सिस्टम ज़्यादा जटिल है, लिक्विड लीक होने का जोखिम है, सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध के लिए कुछ ज़रूरतें हैं, और रखरखाव की लागत बढ़ जाती है।
3) चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) गर्मी अपव्यय। चरण परिवर्तन सामग्री ठोस-तरल चरण संक्रमण प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में अव्यक्त गर्मी को अवशोषित कर सकती है, जिससे एक अच्छा गर्मी अपव्यय प्रभाव प्राप्त होता है। जब बैटरी थर्मल प्रबंधन पर लागू किया जाता है, तो पीसीएम को बैटरी के चारों ओर लपेटा जा सकता है या बैटरी मॉड्यूल में एम्बेड किया जा सकता है ताकि बैटरी का तापमान बढ़ने पर गर्मी को अवशोषित किया जा सके, जिससे धीमी गर्मी रिलीज में भूमिका निभाई जा सके। पीसीएम गर्मी अपव्यय का लाभ इसकी निरंतर तापमान विशेषता है, जो बैटरी के तापमान को अचानक बढ़ने से रोकता है, लेकिन नुकसान भी अपेक्षाकृत स्पष्ट हैं। इसकी तापीय चालकता अपेक्षाकृत खराब है, प्रतिक्रिया की गति धीमी है, और सामग्री की लागत अधिक है।
4) हीट पाइप हीट अपव्यय। हीट पाइप कुशल तापीय चालकता प्राप्त करने के लिए बाहरी ऊर्जा इनपुट के बिना कार्यशील द्रव की चरण परिवर्तन प्रक्रिया का उपयोग करके गर्मी को स्थानांतरित कर सकते हैं। बैटरी थर्मल प्रबंधन अनुप्रयोगों में, हीट पाइप स्थानीय हॉट स्पॉट से गर्मी को जल्दी से स्थानांतरित कर सकते हैं और पूरे बैटरी पैक की तापमान स्थिरता में सुधार कर सकते हैं। हीट पाइप में उच्च ताप हस्तांतरण दक्षता, छोटे आकार और हल्के वजन के फायदे हैं, लेकिन उनकी संरचना जटिल है, विनिर्माण लागत अपेक्षाकृत अधिक है, और गर्मी अपव्यय दक्षता सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त संघनन अंत को डिजाइन करने पर ध्यान दिया जाना चाहिए।
5) प्रत्यक्ष शीतलन गर्मी अपव्यय। प्रत्यक्ष शीतलन मुख्य रूप से बैटरी मॉड्यूल या बैटरी सेल के माध्यम से सीधे प्रवाहित होने वाले शीतलन माध्यम (आमतौर पर तरल) को संदर्भित करता है ताकि बैटरी के ऑपरेटिंग तापमान को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सके। यह डिज़ाइन बैटरी की सतह को तेज़ी से गर्मी फैलाने की अनुमति देता है, जो विशेष रूप से उच्च तापमान और उच्च बिजली की मांग के अवसरों के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, प्रत्यक्ष शीतलन में सीलिंग के लिए बहुत अधिक आवश्यकताएँ होती हैं, और एक बार शीतलक लीक होने पर, यह गंभीर सुरक्षा खतरों का कारण बन सकता है।
2. बैटरी हीटिंग
1) पीटीसी हीटिंग। सकारात्मक तापमान गुणांक (पीटीसी) हीटर सकारात्मक तापमान गुणांक प्रभाव पर आधारित है, अर्थात, तापमान में वृद्धि के साथ प्रतिरोध बढ़ता है। इसलिए, यह कम तापमान वाले वातावरण में स्थिर ताप उत्पादन प्रदान कर सकता है जबकि अपने तापमान को बहुत अधिक होने से स्वचालित रूप से सीमित कर सकता है। पीटीसी हीटिंग का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों में आराम के लिए व्यापक रूप से किया जाता है, जैसे कि सीट हीटिंग और इन-व्हीकल एयर कंडीशनिंग सिस्टम की सहायक हीटिंग। इसकी स्व-विनियमन विशेषताओं के कारण, यह ओवरहीटिंग के कारण होने वाली समस्याओं से बचते हुए स्थिर और कुशल हीटिंग प्रभाव प्रदान कर सकता है। यह एक कुशल हीटिंग तकनीक है। हालांकि, पीटीसी हीटिंग इलेक्ट्रिक हीटिंग है, जो इलेक्ट्रिक वाहनों की कुल ऊर्जा खपत को बढ़ाएगा और ड्राइविंग रेंज को कम करेगा।
2) हीट पंप हीटिंग। हीट पंप एयर कंडीशनिंग सिस्टम रिवर्स कार्नोट चक्र के माध्यम से बाहरी वातावरण से कम तापमान वाली गर्मी को अवशोषित करता है, और इसे संपीड़ित करने और गर्मी छोड़ने की प्रक्रिया के माध्यम से बैटरी और केबिन में स्थानांतरित करता है। पारंपरिक पीटीसी हीटिंग विधियों की तुलना में, हीट पंप कम तापमान वाले वातावरण में अधिक ऊर्जा कुशल होते हैं और वाहन के प्रदर्शन को बनाए रखने में मदद करते हैं। हालाँकि, हीट पंप सिस्टम का डिज़ाइन और संचालन अधिक जटिल है, खासकर अत्यधिक कम तापमान की स्थितियों में, जहाँ उनका प्रदर्शन कम हो जाएगा। इस कारण से, कुछ अध्ययनों ने कम परिवेश के तापमान पर हीट पंप के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए एयर इंजेक्शन और दोहरे स्रोत वाले हीट पंप जैसी नवीन तकनीकों का प्रस्ताव दिया है।
