Trong quá trình lái xe điện, pin điện trên xe liên tục sạc và xả, kèm theo lượng nhiệt tỏa ra lớn. Nhiệt độ của pin điện có tác động đáng kể đến tốc độ phản ứng điện hóa, khả năng tiếp nhận sạc, độ an toàn, tuổi thọ chu kỳ, công suất riêng và năng lượng riêng.

Đồng thời, do điều kiện tản nhiệt bên ngoài, phương pháp quản lý nhiệt và vị trí bố trí không gian riêng lẻ của pin khác nhau nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ phận khác nhau của monome trong bộ pin và giữa các monome khác nhau có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính nhất quán của hiệu suất bộ pin.

Do đó, cần phải thực hiện các biện pháp truyền nhiệt tăng cường bên trong bộ pin để cải thiện tính đồng đều nhiệt độ của bề mặt monome và tổng thể. Tấm graphite có độ dẫn nhiệt cao với GTS có độ dẫn nhiệt cao, với mật độ thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp và bề mặt tương đối mềm, có thể làm giảm hiệu quả điện trở nhiệt tiếp xúc, khiến nó trở thành loại vật liệu carbon có độ dẫn nhiệt cao mới lý tưởng

Bài viết này lấy pin lithium-ion hình vuông được sử dụng trong xe điện làm đối tượng nghiên cứu. Một bộ pin điều khiển có và không có GTS đã được chế tạo và một băng ghế thử nghiệm hiệu ứng nhiệt đã được xây dựng cho bộ pin. Bằng cách phân tích những thay đổi về chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt của các cell pin và các vị trí khác nhau của bộ pin trong quá trình xả dòng điện không đổi, tác động của GTS đối với việc cải thiện tính đồng đều nhiệt của bộ pin lithium-ion đã được nghiên cứu

1 Kiểm tra

1.1 thông số pin

Kích thước: 180 mm x 100 mm x 32 mm

Trọng lượng: 1250 g

Điện áp: 3.2 V

Dung lượng: 40 Ah

Điện trở trong : ≤2Ω

1.2 Thiết kế cấu trúc của bộ pin

Để kiểm chứng tác động của GTS lên tính đồng đều nhiệt của các monome pin lithium-ion và cụm pin, hai loại cụm pin có và không có GTS đã được sản xuất. Cụm pin A bao gồm sáu pin lithium sắt phosphate được kết nối nối tiếp, với các cảm biến nhiệt độ gắn trên bề mặt của các monome và vật liệu cách điện PET ở ngoại vi. Cụm pin B đóng vai trò là nhóm thử nghiệm đối chứng cho cụm pin A. GTS được phân bổ đồng đều trên mỗi mặt của mỗi cell pin, tổng cộng có 7 cell. Kích thước của mỗi GTS là 180 mm x 0,27 mm x 100 mm. Để giảm tác động của luồng không khí phía trên lồng ấp lên sự phân bố nhiệt độ bên trong cụm pin, một nắp đậy pin đã được lắp phía trên cụm pin để bịt kín trong quá trình thử nghiệm.

1.3 Thiết bị thử nghiệm

Một băng ghế thử nghiệm được xây dựng để kiểm tra hiệu suất nhiệt của bộ pin trong quá trình sạc và xả. Trong số đó, tải điện tử là pin. Buồng nhiệt độ không đổi là buồng thử nghiệm độ ẩm nhiệt độ cao và thấp DGBELL , với biên độ nhiệt độ là 0,3 ℃ {-40~100 ℃). Thiết bị thu thập nhiệt độ cặp nhiệt điện: Cảm biến nhiệt độ là cặp nhiệt điện loại K, với độ chính xác là ± 0,5 ℃.

1.4 Quy trình thử nghiệm

Xây dựng một băng ghế thử nghiệm và viết một chương trình điều khiển xả dòng điện không đổi của pin. Trước khi thử nghiệm, tổng điện áp của sáu pin là 19,62 V và nhiệt độ của lồng ấp được đặt ở mức 18 ℃. Khi nhiệt độ của điểm đo nhiệt điện trở tiếp cận 18 ℃ và ổn định, quá trình xả dòng điện không đổi 1 C (I = – 40 A) đã được bắt đầu. Trong thời gian này, tần số lấy mẫu của bộ thu tín hiệu nhiệt điện trở là 4 giây. Sau khi điện áp cắt của

Quá trình xả dòng điện không đổi 15,6 V, 1 C đã kết thúc và dữ liệu đã được lưu.

2 Kết quả thử nghiệm và phân tích

2.1 Độ đồng đều nhiệt của bề mặt cell pin

Trong quá trình hoạt động của pin lithium-ion, tai cực và tâm của pin là các điểm nhiệt độ đại diện. Do đó, hai điểm đo đối xứng gần tai dương và tai âm được chọn để nghiên cứu sự chênh lệch nhiệt độ theo hướng ngang của cell pin. Chọn hai điểm đo trên đường tâm thẳng đứng của bề mặt cell pin, nằm ở tâm của pin và gần đỉnh của pin, để nghiên cứu sự chênh lệch nhiệt độ theo hướng thẳng đứng

Khi xả ở tốc độ 1 C, phân tích mối quan hệ giữa giá trị tuyệt đối của chênh lệch nhiệt độ theo hướng ngang của bề mặt cell đơn của pin và thời gian xả, có thể thấy rằng nhiệt độ ở phía bên trái và bên phải theo hướng ngang của bề mặt cell đơn của bộ pin A là không đồng đều, với chênh lệch nhiệt độ khoảng 0,18 ℃. Tuy nhiên, chênh lệch nhiệt độ theo hướng ngang của bề mặt cell đơn của bộ pin B chỉ khoảng 0,05 ℃, ít hơn 70% so với bộ pin A, cho thấy GTS có thể đóng vai trò trong việc phân phối nhiệt tác động theo chiều ngang.

Khi xả ở tốc độ 1 C, phân tích biểu đồ phân tán của chênh lệch nhiệt độ tuyệt đối theo phương thẳng đứng trên bề mặt của cell pin, có thể thấy rằng sự thay đổi nhiệt độ theo phương thẳng đứng của bề mặt đơn của cụm pin A nghiêm trọng hơn và chênh lệch nhiệt độ tối đa đạt 0,45 ℃. Chênh lệch nhiệt độ theo phương thẳng đứng của bề mặt đơn của cụm pin B tiếp tục duy trì ở mức khoảng 0,05 ℃. Sau 2700 giây, chênh lệch nhiệt độ bắt đầu tăng lên theo sự tích tụ nhiệt, với giá trị tối đa là 0,26 ℃, nhưng chỉ bằng 58% so với cụm pin A. Điều này chỉ ra rằng GTS cũng có thể đóng vai trò trong sự phân phối nhiệt trung bình theo phương thẳng đứng.

Qua so sánh, có thể thấy rằng trong quá trình xả tốc độ 1 C, chênh lệch nhiệt độ theo phương ngang trên bề mặt cell pin nhỏ hơn chênh lệch nhiệt độ theo phương thẳng đứng và sự dao động của chênh lệch nhiệt độ theo phương thẳng đứng nghiêm trọng hơn, điều này liên quan đến cấu trúc và kích thước vật lý của pin. Sau khi bố trí GTS trên bề mặt cell pin, chênh lệch nhiệt độ theo phương ngang và phương thẳng đứng trên bề mặt cell pin là tương tự nhau và duy trì trong phạm vi nhỏ, cho thấy GTS có thể cải thiện hiệu quả tính đồng nhất nhiệt của bề mặt cell.

2.2 Độ đồng đều nhiệt bên trong của bộ pin

Bốn bộ giá trị chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn, cho thấy khi pin không hoạt động, GTS có thể cải thiện tính đồng nhất của nhiệt độ của bộ pin, có lợi cho việc kéo dài tuổi thọ lưu trữ của pin. Khi xả sâu hơn, nhiệt bên trong bộ pin tích tụ dần và giá trị chênh lệch nhiệt độ thường tăng lên. Tuy nhiên, so với bộ pin A, xu hướng chênh lệch nhiệt độ của bộ pin B nhất quán hơn và giá trị chênh lệch nhiệt độ tối đa nhỏ hơn (0,41 ℃), trong khi bộ pin A là 0,47 ℃.

Chênh lệch nhiệt độ trung bình càng nhỏ thì tính đồng đều nhiệt độ bên trong khối pin càng tốt. Từ dữ liệu thực nghiệm, có thể thấy rằng trước 2600 giây, chênh lệch nhiệt độ trung bình trong khối pin B nhỏ hơn và mức tăng tương đối nhẹ nhàng, cho thấy GTS có thể cải thiện tính đồng đều nhiệt của toàn bộ khối pin.

Biểu đồ phân tán phương sai cho thấy giá trị phương sai càng lớn thì độ phân tán của các giá trị đo nhiệt độ của năm cặp nhiệt điện tại thời điểm đó càng lớn, điều này có nghĩa là độ đồng đều nhiệt độ của bộ pin càng kém. Giá trị phương sai của bộ pin B vẫn ở mức khoảng 0,18, với giá trị tối đa chỉ là 0,36. Phương sai tối đa của bộ pin A đạt 120, gấp 3,33 lần so với bộ pin B, cho thấy GTS có thể cải thiện hiệu quả độ đồng đều nhiệt độ bên trong bộ pin

3 Kết luận

Bằng cách so sánh và phân tích sự khác biệt nhiệt độ bề mặt của bộ pin có và không có GTS trong điều kiện xả dòng điện không đổi 1 C, tác động của các tấm graphite có độ dẫn nhiệt cao đối với việc cải thiện tính đồng đều nhiệt độ của pin vuông đã được nghiên cứu. Các kết luận sau đây đã được rút ra.

(1) Trong quá trình xả, chênh lệch nhiệt độ theo chiều ngang trên bề mặt của cell pin nhỏ hơn chênh lệch nhiệt độ theo chiều dọc, điều này có nghĩa là các tấm than chì có độ dẫn nhiệt cao có thể làm giảm hiệu quả chênh lệch này, cân bằng nhiệt giữa các bộ phận khác nhau của bề mặt cell pin và cải thiện tính đồng đều nhiệt của bề mặt cell pin.

(2) Là một biện pháp tăng cường truyền nhiệt, các tấm than chì có độ dẫn nhiệt cao có thể cải thiện hiệu quả tính đồng nhất nhiệt bên trong cụm pin và có thể được sử dụng làm biện pháp tăng cường truyền nhiệt phụ trợ cho các hệ thống quản lý nhiệt cụm pin ô tô như sử dụng vật liệu thay đổi pha cho tấm làm mát, nhằm cân bằng sự phân phối nhiệt của cụm pin và cải thiện hiệu suất của hệ thống quản lý nhiệt