Η διατήρηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας σε ένα καθορισμένο εύρος είναι παράγοντας ζωτικής σημασίας για την απόδοση και τη μακροζωία της. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες.
Η μπαταρία είναι απαραίτητη για τη λειτουργία ενός ηλεκτρικού ή ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Πρέπει να παρέχει, με ταχύτητα και αξιοπιστία, υψηλή ποσότητα ενέργειας, η οποία απαιτείται για την κίνηση. Οι περισσότερες από αυτές είναι μπαταρίες ιόντων λιθίου και νικελίου/μετάλλου. Είναι σημαντικό να λειτουργούν μέσα σε ένα καθορισμένο εύρος θερμοκρασίας, καθώς η διάρκεια ζωής τους μειώνεται σε θερμοκρασίες λειτουργίας +40°C ή υψηλότερες, ενώ η απόδοσή τους πέφτει σε θερμοκρασίες κάτω των -10°C. Επι-πλέον, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των μεμονωμένων στοιχείων δεν πρέπει να υπερβαίνει μία συγκεκριμένη τιμή.
Σύντομα φορτία αιχμής, σε συνδυασμό με υψηλές εντάσεις ρεύματος, προκαλούν σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας των μπαταριών. Επίσης, οι υψηλές εξωτερικές θερμοκρασίες τους καλοκαιρινούς μήνες μπορεί να κάνουν τη θερμοκρασία να ξεπεράσει το κρίσιμο επίπεδο των 40°C. Ξεπερνώντας αυτό το επίπεδο, το αποτέλεσμα είναι η ταχύτερη γήρανση και η σχετικά πρόωρη αστοχία της μπαταρίας. Γι’ αυτό είναι απαραίτητο ένα σύστημα ψύξης και διαχείρισης της θερμοκρασίας. Σήμερα χρησιμοποιούνται, ανάλογα με τον κατασκευαστή, τρεις διαφορετικές επιλογές:
- Ψύξη με αέρα
- Ψύξη με φρέον
- Ψύξη με νερό
Η θερμοκρασία παίζει βασικό ρόλο για τις μπαταρίες, καθώς επηρεάζει τη διάρκεια ζωής και την απόδοσή τους.
Ψύξη με αέρα
Ο αέρας αναρροφάται από το κλιματιζόμενο εσωτερικό του αυτοκινήτου και χρησιμοποιείται για την ψύξη της μπαταρίας. Ο δροσερός αέρας που εισέρχεται από το εσωτερικό του αυτοκινήτου έχει θερμοκρασία μικρότερη από 40°C και κυκλοφορεί γύρω από τις εξωτερικές επιφάνειες της μπαταρίας. Τα μειονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι:
- Χαμηλή αποτελεσματικότητα ψύξης.
- Ο αέρας που αναρροφάται από το εσωτερικό του οχήματος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ομοιόμορφη μείωση της θερμοκρασίας.
- Απαιτείται σημαντική προσπάθεια για την καθοδήγηση του αέρα.
- Ενδεχομένως δημιουργούνται ενοχλητικοί θόρυβοι στο εσωτερικό του οχήματος, από τον ανεμιστήρα.
- Υπάρχει απευθείας σύνδεση μεταξύ του χώρου επιβατών και της μπαταρίας, μέσω αεραγωγών. Για λόγους ασφαλείας (π.χ. αναθυμιάσεις μπαταρίας), αυτό είναι προβληματικό.
- Ένας άλλος παράγοντας που δεν πρέπει να υποτιμάται είναι ο κίνδυνος εισόδου βρωμιάς στην μπαταρία, επειδή ο αέρας από το εσωτερικό του οχήματος περιέχει σκόνη. Η σκόνη εναποτίθεται μεταξύ των στοιχείων και σχηματίζει ένα αγώγιμο στρώμα μαζί με συμπυκνωμένη υγρασία. Αυτό το στρώμα διευκολύνει τη δημιουργία ρευμάτων διαρροής στην μπαταρία. Για την αποφυγή αυτού του κινδύνου, ο αέρας εισαγωγής φιλτράρεται.
Εναλλακτικά, η ψύξη του αέρα μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί από μία ξεχωριστή μικρή μονάδα κλιματισμού, παρόμοια με τα ξεχωριστά πίσω συστήματα κλιματισμού σε οχήματα πολυτελούς κατηγορίας.
Ψύξη με φρέον
Μία ειδική πλάκα/εβαπορέτα μέσα στον χώρο της μπαταρίας συνδέεται με το σύστημα κλιματισμού του αυτοκινήτου. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας μία παράκαμψη με σωλήνες και ηλεκτροβάνες στην πλευρά υψηλής και χαμηλής πίεσης, μέσω αγωγών και μίας ξεχωριστής εκτονωτικής βαλβίδας. Αυτό σημαίνει ότι η εβαπορέτα μέσα στο αυτοκίνητο και η πλάκα/εβαπορέτα στην μπαταρία -λειτουργεί όπως μία κανονική εβαπορέ-τα- συνδέονται στο ίδιο κύκλωμα και λειτουργούν ανεξάρτητα.
Οι διαφορετικές εργασίες για τις δύο εβαπορέτες έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικές απαιτήσεις για τη ροή ψυκτικού μέσου. Ενώ το εσωτερικό σύστημα ψύξης στοχεύει να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις άνεσης των επιβατών, η μπαταρία υψηλής τάσης πρέπει να ψύχεται σε διάφορους βαθμούς έντασης, ανάλογα με την κατάσταση οδήγησης και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτές οι απαιτήσεις εί-ναι οι καθοριστικοί παράγοντες για τον πολύπλοκο έλεγχο της ποσότητας του εξατμιζόμενου ψυκτικού μέσου.
Η ειδική σχεδίαση της πλάκας της εβαπορέτας και η ενσωμάτωσή της στην μπαταρία προσφέρουν μία μεγάλη επιφάνεια επαφής για την ανταλλαγή θερμότητας.
Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατό να διασφαλιστεί πως δεν θα ξεπεραστεί η κρίσιμη μέγιστη θερμοκρασία των 40°C. Ωστόσο, η πλάκα/εβαπορέτα δεν μπορεί να βοηθήσει στην αντίθετη περίπτωση. Όταν, δηλαδή, η εξωτερική θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, ενδέχεται να απαιτείται αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας τουλάχιστον 15°C, ώστε να φτάσει στο ιδανικό επίπεδο. Μία κρύα μπαταρία είναι λιγότερο ισχυρή από μία μπαταρία που έχει τη σωστή θερμοκρασία. Είναι, ακόμη, δύσκολο να φορτίσει η μπαταρία, όταν η θερμοκρασία είναι σημαντικά κάτω από το μηδέν. Σε ένα ήπιο υβριδικό, αυτό μπορεί να γίνει ανεκτό: σε ακραίες περιπτώσεις, η υβριδική λειτουργία είναι διαθέσιμη μόνο σε περιορισμένη χωρητικότητα, ωστόσο, εξακολουθεί να είναι δυνατή η οδήγηση με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Για αυτές τις συνθήκες πρέπει να τοποθετηθεί ένας θερμαντήρας μπαταρίας σε αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα, έτσι ώστε να μπορούν να ξεκινήσουν και να κινηθούν σε οποιαδήποτε κατάσταση τον χειμώνα.
Οι πλάκες/εβαπορέτες που είναι απευθείας ενσωματωμένες στην μπαταρία, δεν μπορούν να αντικατασταθούν μεμονωμένα. Επομένως, σε περίπτωση βλάβης, πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρη η μπαταρία.
Ψύξη με νερό
Σε αυτήν την περίπτωση, ένας πρόσθετος θερμαντήρας μπαταρίας απαιτείται στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες για να διασφαλιστεί ότι επιτυγχάνεται η ιδανική θερμοκρασία. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να εξασφαλιστεί ικανοποιητική αυτονομία κατά την ηλεκτροκίνηση. Για να ενεργοποιηθεί αυτή η πρόσθετη θέρμανση, η μπαταρία είναι ενσωματωμένη σε ένα δευτερεύον κύκλωμα, που δια-σφαλίζει ότι διατηρείται, ανά πάσα στιγμή, η ιδανική θερμοκρασία λειτουργίας 15 – 30°C.
Το ψυκτικό, κατασκευασμένο από νερό και γλυκόλη, ρέει μέσα από μία πλάκα ψύξης, που είναι ενσωματωμένη στο μπλοκ της μπαταρίας.
Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, το ψυκτικό μπορεί να θερμανθεί γρήγορα από έναν θερμαντήρα, προκειμένου να φτάσει στην ιδανική θερμοκρασία. Ο θερμαντήρας απενεργοποιείται, όταν η θερμοκρασία στην μπαταρία φτάσει στα επιθυμητά επίπεδα. Στη συνέχεια, το ψυκτικό υγρό μπορεί να ψυχθεί μέσω ενός ψυγείου, που βρίσκεται στο μπροστινό τμήμα του αυτοκινήτου ή του ψυγείου χαμηλής θερμοκρασίας, χρησιμοποιώντας το ρεύμα αέρα από το αυτοκίνητο που κινείται.
Εάν η ψύξη από το ψυγείο της μπαταρίας δεν είναι επαρκής σε υψηλή εξωτερική θερμοκρασία, το ψυκτικό ρέει μέσω ενός ειδικού εναλλάκτη θερμότητας. Σε αυτό, το ψυκτικό από το σύστημα κλιματισμού του οχήματος εξατμίζεται. Επιπλέον, η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί από το δευτερεύον κύκλωμα στο εξατμιζόμενο ψυκτικό σε έναν συμπαγή χώρο και με υψηλή πυκνότητα ισχύος. Πραγματοποιείται πρόσθετη επανάψυξη του ψυκτικού υγρού.
Χάρη στη χρήση του ειδικού εναλλάκτη θερμότητας, η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει μέσα στο πιο αποδοτικό εύρος θερμοκρασίας.
Πηγή: HELLA
