තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය යනු කුමක්ද?
තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය
බැටරියේ ක්රියාකාරීත්වය මත උෂ්ණත්වයේ බලපෑම මත පදනම්ව, බැටරියේ විද්යුත් රසායනික ලක්ෂණ සහ තාප උත්පාදන යාන්ත්රණ සමඟ ඒකාබද්ධව, සහ නිශ්චිත බැටරියක ප්රශස්ත ආරෝපණ/විසර්ජන උෂ්ණත්ව පරාසය තුළ පදනම් වූ බැටරි තාප කළමනාකරණය, බැටරි ක්රියාකාරිත්වයේ දී අධික ලෙස ඉහළ හෝ අඩු උෂ්ණත්වයන් නිසා ඇති වන තාප විසර්ජනය හෝ තාප පැනීම ආමන්ත්රණය කරන තාක්ෂණයකි. මෙය තාර්කික සැලසුම් හරහා සාක්ෂාත් කර ගන්නා අතර ද්රව්ය විද්යාව, විද්යුත් රසායන විද්යාව, තාප හුවමාරුව, අණුක ගතිකත්වය සහ වෙනත් විෂයයන් මත පදනම් වේ. හොඳ කාර්ය සාධනයක් පවත්වා ගැනීම සඳහා බැටරි පැකේජය සඳහා සාධාරණ ක්රියාකාරී උෂ්ණත්ව පරාසයක් පවත්වා ගැනීම අත්යවශ්ය වේ. එබැවින්, බැටරි පද්ධතියේ සමස්ත ක්රියාකාරීත්වය වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා ලිතියම්-අයන බැටරි ඇසුරුම් සඳහා සාධාරණ තාප කළමනාකරණ ක්රමයක් සැලසුම් කිරීම ඉතා වැදගත් වේ.
බැටරි ඇසුරුම් තාප කළමනාකරණ පද්ධතියට පහත ප්රධාන කාර්යයන් පහක් ඇත: ① නිවැරදිව මැන බැලීම සහ බැටරි උෂ්ණත්වය නිරීක්ෂණය කිරීම; ② බැටරි ඇසුරුමේ උෂ්ණත්වය ඉතා ඉහළ වූ විට ඵලදායී තාපය විසුරුවා හැරීම සහ වාතාශ්රය; අඩු-උෂ්ණත්ව තත්ත්ව යටතේ ③ වේගවත් උණුසුම; ④ හානිකර වායූන් ජනනය වන විට ඵලදායී වාතාශ්රය; සහ ⑤ බැටරි ඇසුරුම තුළ ඒකාකාර උෂ්ණත්ව ව්යාප්තියක් සහතික කිරීම.
බැටරි පැක් තාප කළමනාකරණ පද්ධති සැලසුම් ක්රියාවලිය
ඉහළ-ක්රියාකාරී බැටරි ඇසුරුම් තාප කළමනාකරණ පද්ධතියකට ක්රමානුකූල සැලසුම් ප්රවේශයක් අවශ්ය වේ. වර්තමානයේ, තාප කළමනාකරණ පද්ධති සඳහා බොහෝ සැලසුම් ක්රමවේද පවතී. වඩාත් බහුලව භාවිතා වන්නේ එක්සත් ජනපදයේ ජාතික පුනර්ජනනීය බලශක්ති රසායනාගාරය (NREL) විසින් නිර්මාණය කරන ලද බැටරි ඇසුරුම් තාප කළමනාකරණ පද්ධතියකි, එහි සැලසුම් ක්රියාවලියට පියවර හතක් ඇතුළත් වේ:
1) තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ ස්වයං-ක්රමාංකය සහ අවශ්යතා නිර්ණය කරන්න. බැටරියේ උෂ්ණත්ව ලක්ෂණ සහ සුදුසු මෙහෙයුම් උෂ්ණත්ව පරාසය මත පදනම්ව, තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ පාලන ස්වයං-කැලිබර් තීරණය කරන්න. උදාහරණයක් ලෙස, ලිතියම්-අයන බල බැටරි සඳහා සුදුසු මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වය අංශක 10~40 වේ, අඩු-උෂ්ණත්ව සීමාව අංශක 0 සහ ඉහළ{10}}උෂ්ණත්ව සීමාව අංශක 45 යි. එබැවින්, තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ සැලසුම, බැටරියේ ආන්තික ක්රියාකාරී උෂ්ණත්වයන් සපුරාලන අතරම, බැටරියේ සුදුසු ක්රියාකාරී උෂ්ණත්ව අවශ්යතා සපුරාලීමට උත්සාහ කළ යුතුය.
2) මොඩියුල තාප උත්පාදනය සහ තාප ධාරිතාව මැනීම හෝ ඇස්තමේන්තු කිරීම. බැටරි ආරෝපණය-විසර්ජන පරීක්ෂණ සහ බැටරියේ නිශ්චිත තාප ධාරිතාව මත පදනම්ව අනුකරණ ගණනය කිරීම් හරහා, තාපය විසුරුවා හැරීම හෝ තාපන බලය තීරණය කරන්න.
3) තාප සංක්රාමණ මාධ්යය තෝරා ගැනීම සහ තාප විසර්ජන ව්යුහය සැලසුම් කිරීම ඇතුළුව තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ මූලික ඇගයීම. සාමාන්යයෙන් බැටරි සිසිලනය වායු සිසිලනය හෝ ද්රව සිසිලනය හරහා සිදු වේ. වායු සිසිලන පද්ධති ව්යුහයෙන් සාපේක්ෂව සරල නමුත් අකාර්යක්ෂම වේ; ද්රව සිසිලන පද්ධති ව්යුහයෙන් සංකීර්ණ නමුත් ඉතා කාර්යක්ෂම වේ. උණුසුම් වායු උණුසුම් කිරීම, ද්රව ප්රවාහ උණුසුම සහ තාප ප්රභවයෙන් සෘජු තාප විකිරණ රත් කිරීම වැනි විවිධ ආකාරයේ උණුසුම් ක්රම ද ඇත.
4) මොඩියුලයේ සහ බැටරි ඇසුරුමේ තාප හැසිරීම පුරෝකථනය කරන්න. බැටරි පැකේජයේ මෙහෙයුම් තත්ත්වයන් මත පදනම්ව, යෙදුම අතරතුර තාපය විසුරුවා හැරීම සහ තාපන අවශ්යතා පුරෝකථනය කර තක්සේරු කරන්න.
5) තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ මූලික සැලැස්ම. අධිෂ්ඨානශීලී තාප මාධ්යය සහ තාප හැසිරීම් ඇගයීමේ ප්රතිඵල මත පදනම්ව, තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ මූලධර්මය සහ ඉංජිනේරු සැලැස්ම පැවැත්වීම.
6) තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය සැලසුම් කිරීම සහ පරීක්ෂා කිරීම. පරිමාණ{2}}පහළ හෝ සම්පූර්ණ-පරිමාණ බැටරි පද්ධති සහ බැටරි තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය නිෂ්පාදනය කරන්න, සහ පරීක්ෂණ බංකුවක් මත අනුකරණය කළ සත්ය මෙහෙයුම් තත්ත්ව යටතේ තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ සඵලතාවය තහවුරු කරන්න.
7) තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය ප්රශස්ත කිරීම. පර්යේෂණාත්මක ප්රතිඵල මත තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය වැඩිදියුණු කිරීම සහ ප්රශස්ත කිරීම.
තාප කළමනාකරණ පද්ධතියේ සැලසුම් ක්රියාවලියේ ව්යුහය සහ පරාමිති තෝරාගැනීම
බැටරි තාප ක්ෂේත්ර ගණනය කිරීම සහ උෂ්ණත්ව අනාවැකිය
බැටරි හොඳ තාප සන්නායක නොවේ. බැටරියේ අභ්යන්තර තාප තත්ත්වය සම්පූර්ණයෙන් වටහා ගැනීමට මතුපිට උෂ්ණත්වය ව්යාප්තිය පමණක් දැන ගැනීම ප්රමාණවත් නොවේ. ගණිතමය ආකෘති භාවිතයෙන් අභ්යන්තර උෂ්ණත්ව ක්ෂේත්රය ගණනය කිරීම සහ බැටරියේ තාප හැසිරීම පුරෝකථනය කිරීම බැටරි තාප කළමනාකරණ පද්ධති සැලසුම් කිරීමේදී අත්යවශ්ය පියවරකි. දැනට, ප්රධාන ධාරාවේ ගණිතමය ආකෘතිවලට -මාන සහ ත්රිමාන{4}}ආකෘති දෙකක් ඇතුළත් වේ. මේවා අතර, ත්රිමාණ ආකෘතිය, එහි විශිෂ්ට නිරවද්යතාවය සහ අනුවර්තනය වීමේ හැකියාව හේතුවෙන්, බොහෝ බැටරි තාප කළමනාකරණ පද්ධතිවල බහුලව භාවිතා වී ඇත. ආකෘතිය පහත පරිදි වේ:
T යනු උෂ්ණත්වය;
ρ යනු සාමාන්ය ඝනත්වය;
c_p යනු බැටරියේ නිශ්චිත තාප ධාරිතාවයි;
λ_x, λ_y, λ_z යනු පිළිවෙලින් x, y සහ z දිශාවන්හි බැටරියේ තාප සන්නායකතාවයයි;
q යනු ඒකක පරිමාවකට තාප උත්පාදන අනුපාතයයි.
තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය තාප විසර්ජන ව්යුහය නිර්මාණය
බැටරි පෙට්ටිය තුළ විවිධ බැටරි මොඩියුල අතර උෂ්ණත්ව වෙනස්කම් බැටරි අභ්යන්තර ප්රතිරෝධයේ සහ ධාරිතාවයේ නොගැලපීම් උග්ර කරයි. කාලයාගේ ඇවෑමෙන්, මෙය සමහර බැටරි -අධික ආරෝපණය වීමට හෝ අධික ලෙස විසර්ජනය වීමට හේතු විය හැක, ඒවායේ ආයු කාලයට සහ ක්රියාකාරීත්වයට බලපාන අතර ආරක්ෂිත උපද්රව ඇති කරයි. බැටරි පෙට්ටිය තුළ ඇති බැටරි මොඩියුල අතර උෂ්ණත්ව වෙනස්කම් බැටරි ඇසුරුම් සැකැස්ම සමඟ සමීපව සම්බන්ධ වේ. සාමාන්යයෙන්, මධ්යයේ ඇති බැටරි තාපය රැස් කිරීමට නැඹුරු වන අතර දාරවල ඇති ඒවාට වඩා හොඳ තාප විසර්ජනයක් ඇත. එබැවින්, බැටරි ඇසුරුම් ව්යුහය සහ තාපය විසුරුවා හැරීම සැලසුම් කිරීමේදී, ඒකාකාර තාප විසර්ජනය සහතික කිරීම ඉතා වැදගත් වේ. උදාහරණයක් ලෙස වායු සිසිලනය ගෙන, සාමාන්යයෙන් වාතාශ්රය ක්රම දෙකක් ඇත: ශ්රේණි සහ සමාන්තර, ඒකාකාර තාප විමෝචනය සහතික කිරීම සඳහා. වායු ප්රවාහ සැලසුම ද්රව යාන්ත්ර විද්යාවේ සහ වායු ගතිකයේ මූලික මූලධර්මවලට අනුගත විය යුතුය.
විදුලි පංකා තෝරාගැනීම සහ උෂ්ණත්ව මිනුම් ලක්ෂ්ය
බැටරි තාප කළමනාකරණ පද්ධතියක් සැලසුම් කිරීමේදී, විදුලි පංකාවේ වර්ගය සහ බලය, උෂ්ණත්ව සංවේදක සංඛ්යාව සහ මිනුම් ලක්ෂ්යවල පිහිටීම ප්රවේශමෙන් තෝරා ගත යුතුය.
වායු සිසිලනය උදාහරණයක් ලෙස ගෙන, සිසිලන පද්ධතිය සැලසුම් කිරීමේදී, යම් සිසිලන බලපෑමක් සහතික කරන අතරම, විදුලි පංකා ශබ්දය සහ බලශක්ති පරිභෝජනය අඩු කිරීම සඳහා ප්රවාහ ප්රතිරෝධය අවම කළ යුතු අතර එමඟින් සමස්ත පද්ධතියේ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු වේ. පර්යේෂණාත්මක, න්යායාත්මක ගණනය කිරීම් සහ තරල ගතික (CFD) ක්රම භාවිතයෙන් පීඩන පහත වැටීම සහ ප්රවාහ අනුපාතය ඇස්තමේන්තු කිරීම මගින් විදුලි පංකාවේ බලශක්ති පරිභෝජනය තක්සේරු කළ හැක. ප්රවාහ ප්රතිරෝධය අඩු වන විට, අක්ෂීය ප්රවාහ පංකා සලකා බැලිය හැකිය; ප්රවාහ ප්රතිරෝධය වැඩි වන විට, කේන්ද්රාපසාරී පංකා වඩාත් සුදුසු වේ. ඇත්ත වශයෙන්ම, විදුලි පංකා විසින් අල්ලා ගන්නා ලද අවකාශය සහ එහි පිරිවැය ද සැලකිල්ලට ගත යුතුය. ප්රශස්ත විදුලි පංකා පාලන උපාය මාර්ගය සොයා ගැනීම තාප කළමනාකරණ පද්ධතියක එක් කාර්යයකි.
බැටරි පෙට්ටිය තුළ බැටරි ඇසුරුමේ උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය සාමාන්යයෙන් අසමාන වේ, එබැවින්, විවේචනාත්මක උෂ්ණත්ව ලක්ෂ්යයන් තීරණය කිරීම සඳහා විවිධ තත්වයන් යටතේ බැටරි ඇසුරුමේ තාප ක්ෂේත්ර ව්යාප්තිය දැනගැනීම අවශ්ය වේ. වැඩි උෂ්ණත්ව සංවේදක මගින් වඩාත් සවිස්තරාත්මක උෂ්ණත්ව මිනුම් ලබා දෙයි, නමුත් පද්ධතියේ පිරිවැය සහ සංකීර්ණත්වය වැඩි කරයි. නිශ්චිත ඉංජිනේරු සන්දර්භය මත පදනම්ව, න්යායාත්මකව, පරිමිත මූලද්රව්ය විශ්ලේෂණය, අත්හදා බැලීම්වල අධෝරක්ත තාප රූප, හෝ තත්ය-කාල බහු{3}}ස්ථාන උෂ්ණත්ව නිරීක්ෂණ බැටරි ඇසුරුමේ, බැටරි මොඩියුලවල සහ තනි සෛලවල තාප ක්ෂේත්ර ව්යාප්තිය විශ්ලේෂණය කිරීමට සහ මැනීමට, උෂ්ණත්ව මිනුම් ලක්ෂ්ය ගණන තීරණය කිරීම සහ විවිධ ප්රදේශවල සුදුසු ලක්ෂ්ය සොයා ගැනීම සඳහා භාවිතා කළ හැක. උෂ්ණත්ව මිනුම්වල නිරවද්යතාවය සහ ස්ථායීතාවය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා උෂ්ණත්ව සංවේදක සිසිලන වායු ප්රවාහයට නිරාවරණය නොවන බව සාමාන්ය සැලසුමක් සහතික කළ යුතුය. බැටරිය සැලසුම් කිරීමේදී, උෂ්ණත්ව සංවේදක සඳහා ඉඩ වෙන් කළ යුතුය; නිදසුනක් ලෙස, සුදුසු ස්ථානවල සුදුසු විවරයන් නිර්මාණය කළ හැකිය. Toyota හි Prius හයිබ්රිඩ් විද්යුත් වාහනයේ බැටරි පැකේජයේ තනි සෛල 228 ක් ඇති අතර උෂ්ණත්ව සංවේදක 5 කින් උෂ්ණත්වය නිරීක්ෂණය කිරීම සිදු කරයි. Beijing Institute of Technology විසින් නිර්මාණය කරන ලද විදුලි බස් බල බැටරි පද්ධතිය එක් පෙට්ටියකට උෂ්ණත්ව මිනුම් ලක්ෂ්ය 6ක් භාවිතා කරයි (රූපය 8-16a හි රවුම් කර ඇති ප්රදේශය බලන්න), 8-16 රූපයේ දැක්වෙන පරිදි බැටරි පෙට්ටියේ ධනාත්මක සහ සෘණ පර්යන්තවල සහ විදුලි රැහැන් නිමැවුම් ලක්ෂ්යවල සකසා ඇත.
තාප කළමනාකරණ පද්ධතිය සැලසුම් කිරීම සහ ක්රියාත්මක කිරීම
තාප හුවමාරු මාධ්යය මත පදනම්ව, බැටරි ඇසුරුම් තාප කළමනාකරණ පද්ධතිවල සිසිලනය වර්ග තුනකට බෙදිය හැකිය: වායු සිසිලනය, ද්රව සිසිලනය සහ අදියර වෙනස් කිරීමේ ද්රව්ය සිසිලනය. ද්රව්යමය පර්යේෂණ සහ සංවර්ධන සහ නිෂ්පාදන පිරිවැය සැලකිල්ලට ගනිමින්, වඩාත්ම ඵලදායී හා බහුලව භාවිතා වන තාප විසර්ජන පද්ධතිය දැනට තාපය විසුරුවා හැරීමේ මාධ්යය ලෙස වාතය භාවිතා කරයි.
තාපය විසුරුවා හැරීමේ වායු ප්රවාහ ව්යුහය මත පදනම්ව, වායු සිසිලන පද්ධති තවදුරටත් වර්ග දෙකකට බෙදිය හැකිය: ශ්රේණි වාතාශ්රය සහ සමාන්තර වාතාශ්රය, පිළිවෙලින් රූප 8-17 සහ 8-18 හි පෙන්වා ඇත.
ශ්රේණි වින්යාසයකදී, තාපය ඉවත් කිරීම සඳහා වාතය සාමාන්යයෙන් බැටරි ඇසුරුමේ එක් පැත්තක සිට අනෙක් පැත්තට ගලා යයි. කෙසේ වෙතත්, මෙම වායු ප්රවාහය එය කලින් ගමන් කරන ප්රදේශවල සිට පසුව එය හරහා යන ප්රදේශවලට තාපය ගෙන යන අතර එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස නොගැලපෙන උෂ්ණත්වයන් සහ සැලකිය යුතු උෂ්ණත්ව වෙනස්කම් ඇති වේ. සමාන්තර වින්යාසයකදී, මොඩියුල අතර වායු ප්රවාහය සිරස් අතට ඉහළ යන අතර, වාතය වඩාත් ඒකාකාරව බෙදාහරින අතර බැටරි ඇසුරුම පුරාවටම ස්ථායී තාප විසර්ජනය සහතික කරයි.
තාප කළමනාකරණ පද්ධති ඒවායේ අභ්යන්තර උණුසුම හෝ සිසිලන උපාංග තිබේද යන්න මත පදනම්ව නිෂ්ක්රීය සහ ක්රියාකාරී පද්ධති ලෙස වර්ගීකරණය කළ හැකිය. නිෂ්ක්රීය පද්ධති මිල අඩු වන අතර සරල යටිතල පහසුකම් අවශ්ය වේ; ක්රියාකාරී පද්ධති වඩාත් සංකීර්ණ වන අතර වැඩි අමතර බලයක් අවශ්ය වේ, නමුත් වඩා හොඳ කාර්ය සාධනයක් ලබා දෙයි.
රූප සටහන 8-19, 8-20 සහ 8-21 පිළිවෙළින් ක්රියාකාරී සහ නිෂ්ක්රීය වායු උණුසුම් කිරීම සහ තාපය විසුරුවා හැරීමේ ව්යුහයන් ක්රමානුකූල රූප සටහන් පෙන්වයි.
8-19 සහ 8-20 රූපවල, මෝටර් රථයේ වායු සමීකරණ හෝ තාපන පද්ධතිය මගින් වාතය සිසිල් කර රත් කර ඇතත්, එය තවමත් නිෂ්ක්රීය පද්ධතියක් ලෙස සැලකේ. මෙම නිෂ්ක්රීය පද්ධතිය සමඟ, හඳුන්වා දුන් පරිසර වාතයේ උෂ්ණත්වයේ නොගැලපීම හේතුවෙන්, නිසි තාප කළමනාකරණය සඳහා පරිසර වාතය යම් උෂ්ණත්ව පරාසයක් (අංශක 10~35) තුළ ක්රියා කළ යුතුය. අධික ශීතල හෝ උණුසුම් තත්ත්ව යටතේ ක්රියා කිරීම බැටරි ඇසුරුමේ වැඩි අසමානතාවයකට හේතු විය හැක.
තාපන පද්ධතිවලදී, බැටරි පැකේජයට උණුසුම් වාතය හඳුන්වා දීමට අමතරව, රූප 8-22 ~ 8-25 (prismatic බැටරි සඳහා) පෙන්වා ඇති පරිදි වෙනත් ක්රම භාවිතා කළ හැකිය.
