থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম কি?

থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম কি?

ব্যাটারি থার্মাল ম্যানেজমেন্ট, ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর তাপমাত্রার প্রভাবের উপর ভিত্তি করে, ব্যাটারির বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং তাপ উত্পাদন প্রক্রিয়ার সাথে মিলিত, এবং একটি নির্দিষ্ট ব্যাটারির সর্বোত্তম চার্জ/ডিসচার্জ তাপমাত্রা পরিসরে ভিত্তি করে, এমন একটি প্রযুক্তি যা ব্যাটারের অত্যধিক উচ্চ বা নিম্ন তাপমাত্রার সময় সৃষ্ট তাপ অপচয় বা তাপ পলায়নকে মোকাবেলা করে। এটি যৌক্তিক নকশার মাধ্যমে অর্জন করা হয় এবং এটি পদার্থ বিজ্ঞান, ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি, তাপ স্থানান্তর, আণবিক গতিবিদ্যা এবং অন্যান্য শাখায় ভিত্তি করে। ভাল কার্যক্ষমতা বজায় রাখার জন্য ব্যাটারি প্যাকের জন্য একটি যুক্তিসঙ্গত অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা বজায় রাখা অপরিহার্য। তাই, ব্যাটারি সিস্টেমের সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্যাকগুলির জন্য একটি যুক্তিসঙ্গত তাপ ব্যবস্থাপনা স্কিম ডিজাইন করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

ব্যাটারি প্যাক থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের নিম্নলিখিত পাঁচটি প্রধান ফাংশন রয়েছে: ① সঠিক পরিমাপ এবং ব্যাটারির তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ; ② কার্যকর তাপ অপচয় এবং বায়ুচলাচল যখন ব্যাটারি প্যাকের তাপমাত্রা খুব বেশি হয়; ③ কম-তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে দ্রুত গরম করা; ④ কার্যকর বায়ুচলাচল যখন ক্ষতিকারক গ্যাস উৎপন্ন হয়; এবং ⑤ ব্যাটারি প্যাকের মধ্যে একটি অভিন্ন তাপমাত্রা বন্টন নিশ্চিত করা।

একটি উচ্চ-পারফরম্যান্স ব্যাটারি প্যাক থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের জন্য একটি পদ্ধতিগত নকশা পদ্ধতির প্রয়োজন। বর্তমানে, তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের জন্য অনেক ডিজাইন পদ্ধতি বিদ্যমান। সর্বাধিক ব্যবহৃত ব্যাটারি প্যাক থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল রিনিউয়েবল এনার্জি ল্যাবরেটরি (NREL) দ্বারা ডিজাইন করা হয়েছে, যার নকশা প্রক্রিয়ায় সাতটি ধাপ রয়েছে:

1) থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের স্ব-ক্যালিবার এবং প্রয়োজনীয়তা নির্ধারণ করুন। ব্যাটারির তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য এবং উপযুক্ত অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসরের উপর ভিত্তি করে, তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের নিয়ন্ত্রণ স্ব-ক্যালিবার নির্ধারণ করুন। উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম-আয়ন পাওয়ার ব্যাটারির জন্য উপযুক্ত অপারেটিং তাপমাত্রা হল 10~40 ডিগ্রি, যার নিম্ন-তাপমাত্রা সীমা 0 ডিগ্রি এবং উচ্চ{10}}তাপমাত্রা 45 ডিগ্রি। তাই, থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের নকশা, ব্যাটারির চরম অপারেটিং তাপমাত্রা মেটানোর সময়, ব্যাটারির উপযুক্ত অপারেটিং তাপমাত্রার প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার চেষ্টা করা উচিত।

2) পরিমাপ বা অনুমান মডিউল তাপ উত্পাদন এবং তাপ ক্ষমতা. ব্যাটারি চার্জ-ডিসচার্জ পরীক্ষা এবং ব্যাটারির নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে সিমুলেশন গণনার মাধ্যমে, তাপ অপচয় বা গরম করার ক্ষমতা নির্ধারণ করুন।

3) তাপ পরিচালন ব্যবস্থার প্রাথমিক মূল্যায়ন, তাপ স্থানান্তর মাধ্যম নির্বাচন এবং তাপ অপচয় কাঠামো ডিজাইন করা সহ। সাধারণত, ব্যাটারি কুলিং এয়ার কুলিং বা লিকুইড কুলিং এর মাধ্যমে অর্জন করা হয়। এয়ার কুলিং সিস্টেম গঠনে তুলনামূলকভাবে সহজ কিন্তু অদক্ষ; তরল কুলিং সিস্টেমগুলি গঠনে জটিল কিন্তু অত্যন্ত দক্ষ। এছাড়াও গরম করার পদ্ধতির বিভিন্ন প্রকার রয়েছে, যেমন সঞ্চালিত গরম বায়ু গরম করা, তরল প্রবাহ গরম করা এবং তাপ উৎস থেকে সরাসরি তাপীয় বিকিরণ গরম করা।

4) মডিউল এবং ব্যাটারি প্যাকের তাপীয় আচরণের পূর্বাভাস দিন। ব্যাটারি প্যাকের অপারেটিং অবস্থার উপর ভিত্তি করে, প্রয়োগের সময় তাপ অপচয় এবং গরম করার প্রয়োজনীয়তার পূর্বাভাস এবং মূল্যায়ন করুন।

5) তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের প্রাথমিক নকশা। নির্ধারিত তাপ মাধ্যম এবং তাপ আচরণ মূল্যায়ন ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের নীতি এবং প্রকৌশল নকশা পরিচালনা করে।

6) নকশা এবং তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেম পরীক্ষা. স্কেল করা-ডাউন বা পূর্ণ-স্কেল ব্যাটারি সিস্টেম এবং ব্যাটারি থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম তৈরি করুন এবং একটি টেস্ট বেঞ্চে সিমুলেটেড প্রকৃত অপারেটিং অবস্থার অধীনে তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের কার্যকারিতা যাচাই করুন।

7) তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেম অপ্টিমাইজ করুন. পরীক্ষামূলক ফলাফলের উপর ভিত্তি করে তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের উন্নতি এবং অপ্টিমাইজ করুন।

ব্যাটারি উত্তাপের ভাল পরিবাহী নয়। ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ তাপীয় অবস্থা সম্পূর্ণরূপে বোঝার জন্য শুধুমাত্র পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বন্টন জানা অপর্যাপ্ত। গাণিতিক মডেল ব্যবহার করে অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রার ক্ষেত্র গণনা করা এবং ব্যাটারির তাপীয় আচরণের পূর্বাভাস ব্যাটারি তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেম ডিজাইন করার জন্য একটি অপরিহার্য পদক্ষেপ। বর্তমানে, মূলধারার গাণিতিক মডেলের মধ্যে রয়েছে দুই-মাত্রিক এবং তিন-মাত্রিক মডেল। এর মধ্যে, ত্রিমাত্রিক মডেলটি, এর চমৎকার নির্ভুলতা এবং অভিযোজনযোগ্যতার কারণে, বহু ব্যাটারি তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। মডেলটি নিম্নরূপ:

Battery Thermal Field Calculation and Temperature Prediction

যেখানে T তাপমাত্রা;

ρ হল গড় ঘনত্ব;

c_p হল ব্যাটারির নির্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা;

λ_x, λ_y, λ_z হল যথাক্রমে x, y, এবং z দিকনির্দেশে ব্যাটারির তাপ পরিবাহিতা;

q হল প্রতি ইউনিট আয়তনের তাপ উৎপাদনের হার।

ব্যাটারি বক্সের মধ্যে বিভিন্ন ব্যাটারি মডিউলের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ এবং ক্ষমতার অসঙ্গতিকে বাড়িয়ে তোলে। সময়ের সাথে সাথে, এটি কিছু ব্যাটারির অতিরিক্ত চার্জ বা অতিরিক্ত -ডিসচার্জের দিকে নিয়ে যেতে পারে, তাদের জীবনকাল এবং কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে এবং নিরাপত্তার ঝুঁকি তৈরি করে। ব্যাটারি বাক্সের মধ্যে ব্যাটারি মডিউলগুলির মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যগুলি ব্যাটারি প্যাক বিন্যাসের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত৷ সাধারণত, মাঝখানে থাকা ব্যাটারিগুলি তাপ জমা করে, যখন প্রান্তে থাকা ব্যাটারিগুলি ভাল তাপ অপচয় করে। অতএব, ব্যাটারি প্যাক গঠন এবং তাপ অপচয় ডিজাইন করার সময়, অভিন্ন তাপ অপচয় নিশ্চিত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। একটি উদাহরণ হিসাবে বায়ু শীতল গ্রহণ, সাধারণত দুটি বায়ুচলাচল পদ্ধতি আছে: সিরিজ এবং সমান্তরাল, অভিন্ন তাপ অপচয় নিশ্চিত করতে। বায়ুপ্রবাহের নকশাকে অবশ্যই তরল মেকানিক্স এবং অ্যারোডাইনামিকসের মৌলিক নীতিগুলি মেনে চলতে হবে।

একটি ব্যাটারি থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম ডিজাইন করার সময়, ফ্যানের ধরন এবং শক্তি, তাপমাত্রা সেন্সরের সংখ্যা এবং পরিমাপ পয়েন্টগুলির অবস্থান অবশ্যই সাবধানে নির্বাচন করা উচিত।

একটি উদাহরণ হিসাবে বায়ু কুলিং নেওয়া, কুলিং সিস্টেম ডিজাইন করার সময়, একটি নির্দিষ্ট শীতল প্রভাব নিশ্চিত করার সময়, ফ্যানের আওয়াজ এবং শক্তি খরচ কমাতে প্রবাহ প্রতিরোধকে ন্যূনতম করা উচিত, যার ফলে সামগ্রিক সিস্টেমের দক্ষতা উন্নত হয়। পরীক্ষামূলক, তাত্ত্বিক গণনা এবং তরল গতিবিদ্যা (CFD) পদ্ধতি ব্যবহার করে চাপ হ্রাস এবং প্রবাহের হার অনুমান করে ফ্যানের শক্তি খরচ অনুমান করা যেতে পারে। প্রবাহ প্রতিরোধের কম হলে, অক্ষীয় প্রবাহ ফ্যান বিবেচনা করা যেতে পারে; যখন প্রবাহ প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি হয়, তখন কেন্দ্রাতিগ ফ্যানগুলি আরও উপযুক্ত। অবশ্যই, ফ্যান দ্বারা দখলকৃত স্থান এবং তার খরচও বিবেচনা করতে হবে। সর্বোত্তম ফ্যান কন্ট্রোল কৌশল সন্ধান করাও তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের অন্যতম কাজ।

Schematic diagram of temperature measurement points in the battery box

ব্যাটারি বাক্সের মধ্যে ব্যাটারি প্যাকের তাপমাত্রা বন্টন সাধারণত অসম হয়, তাই, গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রার পয়েন্টগুলি নির্ধারণ করতে বিভিন্ন পরিস্থিতিতে ব্যাটারি প্যাকের তাপীয় ক্ষেত্রের বিতরণ জানা প্রয়োজন। আরো তাপমাত্রা সেন্সর আরো ব্যাপক তাপমাত্রা পরিমাপ প্রদান, কিন্তু সিস্টেম খরচ এবং জটিলতা বৃদ্ধি. Depending on the specific engineering context, theoretically, finite element analysis, infrared thermal imaging in experiments, or real-time multi-point temperature monitoring can be used to analyze and measure the thermal field distribution of the battery pack, battery modules, and individual cells, determining the number of temperature measurement points and finding suitable points in different areas. একটি সাধারণ নকশা নিশ্চিত করা উচিত যে তাপমাত্রা পরিমাপের নির্ভুলতা এবং স্থিতিশীলতা উন্নত করতে তাপমাত্রা সেন্সরগুলি শীতল বায়ুপ্রবাহের সংস্পর্শে না আসে। ব্যাটারি ডিজাইন করার সময়, তাপমাত্রা সেন্সরগুলির জন্য স্থান সংরক্ষিত করা উচিত; উদাহরণস্বরূপ, উপযুক্ত স্থানগুলিতে উপযুক্ত খোলার নকশা করা যেতে পারে। টয়োটার প্রিয়াস হাইব্রিড বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারি প্যাকে 228টি পৃথক কোষ রয়েছে এবং 5টি তাপমাত্রা সেন্সর দ্বারা তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণ করা হয়। বেইজিং ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি দ্বারা ডিজাইন করা বৈদ্যুতিক বাস পাওয়ার ব্যাটারি সিস্টেমটি প্রতি বাক্সে 6টি তাপমাত্রা পরিমাপ পয়েন্ট ব্যবহার করে (চিত্র 8-16a তে বৃত্তাকার এলাকা দেখুন), ইতিবাচক এবং নেতিবাচক টার্মিনাল এবং ব্যাটারি বাক্সের পাওয়ার লাইন আউটপুট পয়েন্টগুলিতে সাজানো, যেমন চিত্র 8-16 এ দেখানো হয়েছে।

তাপ স্থানান্তর মাধ্যমের উপর ভিত্তি করে, ব্যাটারি প্যাক থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের শীতলকরণকে তিন প্রকারে বিভক্ত করা যেতে পারে: এয়ার কুলিং, লিকুইড কুলিং এবং ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল কুলিং। উপাদান গবেষণা এবং উন্নয়ন এবং উত্পাদন খরচ বিবেচনা করে, সবচেয়ে কার্যকর এবং সাধারণত ব্যবহৃত তাপ অপচয় সিস্টেম বর্তমানে তাপ অপচয় মাধ্যম হিসাবে বায়ু ব্যবহার করে।

তাপ অপচয় বায়ুপ্রবাহ কাঠামোর উপর ভিত্তি করে, বায়ু কুলিং সিস্টেমগুলিকে আরও দুটি প্রকারে ভাগ করা যেতে পারে: সিরিজ বায়ুচলাচল এবং সমান্তরাল বায়ুচলাচল, যথাক্রমে 8-17 এবং 8-18 চিত্রে দেখানো হয়েছে।

একটি সিরিজ কনফিগারেশনে, বায়ু সাধারণত তাপ অপসারণের জন্য ব্যাটারি প্যাকের একপাশ থেকে অন্য দিকে প্রবাহিত হয়। যাইহোক, এই বায়ুপ্রবাহটি পূর্বে যে এলাকাগুলির মধ্য দিয়ে যায় সেখান থেকে তাপ বহন করে যা পরবর্তীতে যায়, যার ফলে তাপমাত্রা অসামঞ্জস্যপূর্ণ হয় এবং তাপমাত্রার উল্লেখযোগ্য পার্থক্য হয়। একটি সমান্তরাল কনফিগারেশনে, মডিউলগুলির মধ্যে বায়ুপ্রবাহ উল্লম্বভাবে বৃদ্ধি পায়, বাতাসকে আরও সমানভাবে বিতরণ করে এবং ব্যাটারি প্যাক জুড়ে সামঞ্জস্যপূর্ণ তাপ অপচয় নিশ্চিত করে।

থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমগুলিকে প্যাসিভ এবং অ্যাক্টিভ সিস্টেমে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে তাদের অভ্যন্তরীণ গরম বা কুলিং ডিভাইস আছে কিনা তার উপর ভিত্তি করে। প্যাসিভ সিস্টেম কম ব্যয়বহুল এবং সহজ অবকাঠামো প্রয়োজন; সক্রিয় সিস্টেমগুলি আরও জটিল এবং বৃহত্তর অতিরিক্ত শক্তি প্রয়োজন, তবে আরও ভাল কার্যকারিতা অফার করে।

চিত্র 8-19, 8-20, এবং 8-21 যথাক্রমে সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় বায়ু গরম এবং তাপ অপচয় কাঠামোর পরিকল্পিত চিত্র দেখায়।

Thermal Management System Design and Implementation

8-19 এবং 8-20 চিত্রে, যদিও গাড়ির এয়ার কন্ডিশনার বা হিটিং সিস্টেম দ্বারা বাতাসকে শীতল এবং উত্তপ্ত করা হয়েছে, তবুও এটি একটি প্যাসিভ সিস্টেম হিসাবে বিবেচিত হয়। এই প্যাসিভ সিস্টেমের সাথে, প্রবর্তিত পরিবেষ্টিত বায়ুর তাপমাত্রার অসঙ্গতির কারণে, পরিবেষ্টিত বায়ুকে সঠিক তাপ ব্যবস্থাপনার জন্য একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা সীমার (10 ~ 35 ডিগ্রি) মধ্যে কাজ করতে হবে। অত্যন্ত ঠাণ্ডা বা গরম অবস্থায় কাজ করার ফলে ব্যাটারি প্যাকে বেশি অসমতা দেখা দিতে পারে।

হিটিং সিস্টেমে, ব্যাটারি প্যাকে গরম বাতাস প্রবেশ করানো ছাড়াও, অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন চিত্র 8-22~8-25 (প্রিজম্যাটিক ব্যাটারির জন্য) দেখানো হয়েছে।

Other heating methods