การศึกษาการระบายความร้อนและควมคุมอุณหภูมิของแบตเตอรรี่เพื่อความปลอดภัยในยานยนต์แบบไฮบริดและยานยนต์ไฟฟ้า

บทคัดย่อ

ระบบการจัดการความร้อนแบตเตอรี่ (BTMS) เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างมากในยานยนต์ไฟฟ้า (EVs) เนื่องจากแบตเตอรี่มักถูกใช้เพื่อเก็บพลังงานและเมื่อมีการอัดหรือคายประจุที่แบตเตอรี่ก็ตามก็ย่อมจะเกิดความร้อนขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์แบตเตอรี่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นระบบการจัดการความร้อนแบตเตอรี่จึงมักถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่ให้อยู่ในช่างที่เหมาะสมโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 15 ถึง 35 องศาเซลเซียส และความแตกต่างอุณหภูมิระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ไม่ควรเกิน 5 องศาเซลเซียส จากการทบทวนวรรณกรรมพบว่ามีนักวิจัยหลายท่านได้พัฒนาระบบการจัดการความร้อนแบตเตอรี่ด้วยวิธีการระบายความร้อนแบบใช้พลังงาน (active cooling methods) ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมและการใช้พลังงานมากขึ้นในงานวิจัยนี้ ได้นำเสนอเทคนิคการระบายความร้อนทางเลือกที่เรียกว่า "การระบายความร้อนแบตเตอรี่ด้วยสารทำความเย็นโดยตรง" และได้ทำการทดสอบประสิทธิภาพการระบายความร้อนโดยวิธีการทดลอง การระบายความร้อนด้วยเทคนิคนี้นั้นอยู่บนพื้นฐานของระบบทำความเย็นแบบอัดไอสองเครื่องระเหย ซึ่งจะนำส่วนหนึ่งของสารทำความเย็นเข้าไปยังโมดูลจัดการความร้อนแบตเตอรี่ที่ได้พัฒนาขึ้นเพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ ขณะที่อีกส่วนหนึ่งนำไปใช้สำหรับการปรับอากาศของห้องโดยสาร ดังนั้นระบบที่พัฒนาขึ้นนี้จะต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมเล็กน้อยและยังสามารถประหยัดพลังงานของระบบได้อีกด้วย งานวิจัยนี้ได้สาธิตการทดสอบประสิทธิภาพการทำความเย็นของระบบการจัดการความร้อนแบตเตอรี่พร้อมกับประสิทธิภาพของระบบปรับอากาศห้องโดยสาร โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของเทคนิคการระบายความร้อนด้วยสารทำความเย็นโดยตรงที่ได้พัฒนาขึ้นต่อระบบปรับอากาศของห้องโดยสาร และพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการนำเทคนิคนี้มาใช้งานจริงในยานยนต์ไฟฟ้า ในการทดลองนี้ ส่วนจำลองสภาวะอากาศจำนวนสองส่วนได้ถูกสร้างขึ้นได้แก่ 1)ส่วนพื้นที่ปรับอากาศของห้องโดยสาร และ 2)ส่วนจำลองอุณหภูมิแวดล้อมรอบโมดูลจัดการความร้อนแบตเตอรี่ที่ได้พัฒนาขึ้นโดยทั้งสองส่วนนั้นได้ใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าเพื่อจำลองภาระการทำความเย็นและเพื่อทีจะตรวจสอบการทำงานของโมดูลจัดการความร้อนแบตเตอรี่ที่พัฒนาขึ้นได้อย่างแม่นยำ เซลล์แบตเตอรี่จำลองจึงได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้สามารถควบคุมการสร้างความร้อนได้อย่างแม่นยำตามสภาวะที่ต้องการ จากการทดลองพบว่าที่สภาวะความร้อนของแบตเตอรี่ต่ำกว่า 200 W การระบายความร้อนด้วยสารทำความเย็นโดยตรงจากแบตเตอรี่จะไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องปรับอากาศและไม่ส่งผลต่อความสามารถในการทำความเย็นและการใช้พลังงานของคอมเพรสเซอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อความร้อนของแบตเตอรี่สูงกว่า 300 W ความสามารถในการทำความเย็นจะลดลง ในขณะที่การใช้พลังงานของคอมเพรสเซอร์ยังคงเท่าเดิมสำหรับการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการจัดการความร้อนนั้น พบว่าความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในโมดูลจัดการความร้อนแบตเตอรี่อยู่ในเกณฑ์ที่ดีเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิในจุดสนใจอยู่ที่ประมาณ 1.5 - 4 องศาเซลเซียสเนื่องจากคุณประโยชน์ของอุณหภูมิคงที่ของตัวกลางทำความเย็น(สารทำความเย็น)ที่เกิดการไหลและระเหยระหว่างช่องทางการไหลในโมดูลจัดการความร้อนแบตเตอรี่ที่ได้พัฒนาขึ้นนั้น ด้วยเหตุผลข้างต้นจึงสามารถนำผลการทดสอบมาคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบระเหยซึ่งจะมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการออกแบบระบบระบายความร้อนแบตเตอรี่ด้วยสารทำความเย็นโดยตรงที่มีขนาดใหญ่มากขึ้น โดยค่าดังกล่าวได้ถูกสรุปไว้เป็นกรณีอ้างอิง

คำสำคัญ