Chương 2 : HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN XE RENAULT ZOE
2.4 Hệ thống quản lý nhiệt ắc quy cao áp Renault ZOE 2020 (BTMS)
2.4.2 Hệ thống quản lý nhiệt ắc quy của Renault ZOE 2020
Hệ thống BTMS có thể quản lý nhiệt độ trung bình, nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ đầu ra chất làm mát hoặc nhiệt độ của các cell riêng lẻ. Hệ thống có thể là thụ động hoặc chủ động và mơi chất làm mát có thể là khơng khí, chất lỏng hoặc một số dạng thay đổi pha.
Khác với các phương pháp làm mát khác, làm mát bằng khơng khí có thể đảm bảo ắc quy hoạt động ở nhiệt độ môi trường thoải mái khi nhiệt độ môi trường gần 0°C. Ngồi ra, luồng khơng khí bên trong có thể bị ảnh hưởng bởi luồng khơng khí bên ngồi khi ơ tơ đang lái, do đó cần xem xét vị trí thích hợp của luồng khơng khí vào và ra để tránh những cản trở của luồng khơng khí bên ngồi.
Trên thị trường xe điện đã có rất nhiều cơng trình và ý tưởng thiết kế cho việc làm mát bằng khơng khí, tuy nhiên về mặt thương mại, Nissan Leaf sử dụng hệ thống ắc quy làm mát bằng khơng khí thụ động, Nissan e-NV200 (xe tải thương mại) sử dụng hệ thống ắc quy làm mát bằng khơng khí bán chủ động.
Đối với Renault ZOE 2020 sử dụng hệ thống làm mát ắc quy bằng khơng khí hồn tồn chủ động, Renault ZOE sử dụng hệ thống tuần hồn khí giúp cho khơng khí ln sạch và kiểm sốt được nhiệt độ ổn định gồm 1 đầu khí vào và 2 đầu khí ra giúp hiệu suất làm mát được cải thiện đáng kể, với các đường khí được thiết kế để đến mỗi modules của ắc quy cao áp giúp nó thực hiện được cả 2 chức năng là sưởi ấm cho hệ thống ắc quy đảm bảo ắc quy luôn làm việc trên 15oC ở các nước khí hậu lạnh hoặc thời tiết lạnh giá vào
43 buổi sáng và luôn đảm bảo ắc quy không vượt quá 40oC khi môi trường bên ngoài và nhiệt độ trong xe ảnh hưởng.
Hình 2.34: Mơ hình hệ thống làm mát bằng khơng khí trên xe điện
Hình 2.35: Hệ thống làm mát khơng khí chủ động của Renault ZOE 2020
Dịng điện chạy vào và ra khỏi cell thông qua các bộ thu dòng điện, được nối với các cực dương và cực âm của các cell, hay còn gọi là 'tab'. Bộ thu dòng điện được làm từ kim loại dẫn nhiệt một cách dễ dàng. Nhưng nhiệt truyền chậm giữa các lớp của cell, bởi
44 vì các điện cực, chất điện phân và chất phân tách là những chất cách nhiệt. Nói cách khác, truyền nhiệt song song đến các lớp nhanh hơn truyền nhiệt qua chúng
Hình 2.36: Bề mặt và hướng tản nhiệt cho Cell pin của ắc quy cao áp
Tuy nhiên nhược điểm chính của hệ thống làm mát bằng khơng khí của Renault ZOE là hiệu quả kém dù đã cải tiến hơn so với Nissan Leaf, hiệu suất làm mát vẫn thua kém hơn bằng chất lỏng. Phải sử dụng một lượng lớn điện năng để vận hành cơ chế làm mát, nhiều hơn so với làm mát bằng khơng khí bị động. Làm mát bằng khơng khí khơng phù hợp với hầu hết các ứng dụng hiệu suất cao mới do mật độ điện năng yêu cầu và khơng có khả năng đối phó với nhiều khoảng nhiệt độ môi trường xung quanh. Đơn giản là không thể loại bỏ đủ nhiệt từ bên trong ắc quy chỉ bằng hệ thống làm mát khơng khí, một số q trình làm mát khơng khí thường xảy ra trên ắc quy được đặt ở mặt dưới của xe do luồng khơng khí trong q trình lái xe nhưng điều này khơng đủ để đáp ứng đầy đủ nhu cầu làm mát của ắc quy cao áp.
Tuy nhiên ưu điểm lớn nhất của hệ thống làm mát Renault ZOE là sự đơn giản, không lo sợ q trình rị rỉ mơi chất làm mát tránh hiện tượng chập mạch dẫn đến nguy hiểm, đồng thời giúp tiết kiệm khơng gian và chi phí khi sửa chữa và thay thế.
45
Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện điều khiển quạt làm mát ắc quy cao áp
Trong q trình sạc nhanh, một dịng điện lớn được đưa vào bên trong ắc quy để hồn thành q trình sạc một cách nhanh chóng. Khi đèn báo sạc ở cổng sạc được sáng lên, lúc này một dòng điện lớn được đưa vào bên trong ắc quy, điều này làm cho nhiệt độ trong ắc quy dễ dàng tăng lên một cách đáng kể. Vì lý do này, BMS điều khiển một quạt làm mát của ắc quy theo tín hiệu yêu cầu làm mát của ắc quy từ EVC.
Khi sạc nhanh được thực hiện hoặc khi đèn báo sạc nhanh sáng lên, BMS sẽ gửi thông tin nhiệt độ đến EVC thông qua CAN. Lúc này EVC sẽ gửi tín hiệu yêu cầu làm mát ắc quy về lại BMS khi một trong hai điều kiện sau được đáp ứng:
46 - Khi sự chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất vượt quá nhiệt độ
quy định.
- Khi nhiệt độ cao nhất vượt quá nhiệt độ quy định.
Đối với quạt làm mát của ắc quy, BMS sẽ gửi tín hiệu PWM sao cho phù hợp với tín hiệu yêu cầu làm mát của ắc quy. Do đó, quạt làm mát ắc quy được dẫn động. Khi nhiệt độ của ắc quy tăng lên và cao hơn nhiệt độ quy định, EVC phải điều khiển quạt tản nhiệt hoặc gửi tín hiệu yêu cầu vận hành máy nén đến bộ điều khiển máy nén và bộ giải nhiệt thông qua CAN. Luồng khơng khí làm mát trong ắc quy được thiết kế để luân chuyển giữa các module để cân bằng nhiệt độ.