ระบบควบคุมอุณหภูมิสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าจัดการกับความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการปล่อยพลังงานสูงอย่างไร

ระหว่างการทดสอบการปล่อยกระแสไฟฟ้าสูง ชุดแบตเตอรี่ไม่ได้ทำหน้าที่เพียงแค่จ่ายพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังปลดปล่อยความร้อนออกมาด้วย ซึ่งความร้อนนั้นจำเป็นต้องถูกนำออกภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมได้และสามารถทำซ้ำได้ ระบบหนึ่งที่ EV battery testing chiller ให้การควบคุมด้านของเหลวหล่อเย็นนั้น โดยระบบจะส่งผ่านของเหลวที่ควบคุมอุณหภูมิแล้วไปยังอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ ดูดซับความร้อนจากวงจรจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ และถ่ายเทความร้อนนั้นออกไปผ่านระบบทำความเย็นและแลกเปลี่ยนความร้อนของตัวเอง เป้าหมายไม่ใช่การระบุอุณหภูมิคงที่เดียวสำหรับทุกชุดแบตเตอรี่ แต่คือการสร้างสภาพของเหลวหล่อเย็นตามที่สั่งการไว้ แม้ขณะที่ภาระความร้อนจะเปลี่ยนแปลงขึ้นลงตามรูปแบบการปล่อยพลังงาน

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากมุมมองของวิศวกรด้านการจัดการความร้อน คำถามสำคัญไม่ได้จำกัดอยู่เพียงว่า “เครื่องทำความเย็นควรควบคุมอุณหภูมิไว้ที่เท่าใด” เท่านั้น ชุดการทดสอบที่มีประโยชน์จะเริ่มต้นจากการประเมินปริมาณความร้อนที่คาดว่าจะเกิดขึ้น กระแสการปล่อยประจุ ปริมาตรของวงจรสารหล่อเย็น ช่วงอุณหภูมิเป้าหมาย อัตราการไหลที่ต้องการ แรงดันตกที่ยอมรับได้ และการตอบสนองที่คาดหวังในช่วงเวลาที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว สภาวะเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าเครื่องทำความเย็นเชิงอุตสาหกรรมกำลังถูกประเมินในฐานะส่วนหนึ่งของแท่นทดสอบแบตเตอรี่ที่น่าเชื่อถือ หรือเพียงแค่เป็นอุปกรณ์ระบายความร้อนแบบแยกตัว

เหตุใดการทดสอบที่ใช้กระแสปล่อยสูงจึงสร้างภาระความร้อนแบบเคลื่อนที่

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าสูญเสียภายในเซลล์ ตัวเชื่อมต่อ บัสบาร์ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องจะเปลี่ยนเป็นความร้อนระหว่างการคายประจุ ภายใต้กระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำและคงที่ วงจรของสารหล่อเย็นอาจรับภาระที่ค่อนข้างเสถียร แต่เมื่อจำลองรอบการขับขี่ที่เข้มข้น หรือปล่อยประจุด้วยอัตราสูง กระแสไฟฟ้าอาจเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ความร้อนที่ส่งผ่านไปยังวงจรสารหล่อเย็นจึงอาจเปลี่ยนแปลงทั้งในแง่ปริมาณและช่วงเวลา

ด้วยเหตุนี้ เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามักถูกพิจารณาเป็นแหล่งดูดซับความร้อนที่ควบคุมได้ และหน่วยปรับสภาพของของไหล มันต้องสามารถระบายความร้อนออกได้ตามอัตราที่การทดสอบกำหนด แต่ก็ยังต้องมีระบบตรวจวัดที่เสถียร การตอบสนองของการควบคุมที่สอดคล้องกับลักษณะของแบบทดสอบ และการเชื่อมต่อที่ไม่ทำให้พฤติกรรมที่กำลังวัดเกิดการบิดเบือน

EV battery testing chiller connected to a battery pack coolant loop — วงจรทดสอบฝั่งสารหล่อเย็นเชื่อมต่อชุดแบตเตอรี่ อุปกรณ์วัดค่า และอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ

วิธีการควบคุมวงจรสารหล่อเย็นระหว่างการทดสอบ

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากในระบบวงจรแบบอ้อมทั่วไป ของเหลวที่ผ่านการควบคุมอุณหภูมิแล้วจะออกจากเครื่องทำความเย็น ไหลผ่านท่อน้ำ แผงจ่ายของเหลว และช่องระบายความร้อนภายในแบตเตอรี่ จากนั้นจึงไหลกลับมาที่เครื่องทำความเย็นด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้น เครื่องทำความเย็นจะวัดอุณหภูมิของวงจรหนึ่งจุดหรือมากกว่าหนึ่งจุด แล้วใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและวงจรทำความเย็นดึงพลังงานออกจากระบบของเหลวที่ไหลกลับมา หลังจากนั้นของเหลวที่ถูกทำให้เย็นลงจะถูกส่งกลับไปยังวงจรแบตเตอรี่ตามค่าอุณหภูมิที่กำหนดไว้หรือตามโปรไฟล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

สิ่งนี้แตกต่างจากห้องควบคุมสิ่งแวดล้อม ซึ่งโดยหลักการแล้วห้องควบคุมสิ่งแวดล้อมจะควบคุมอากาศรอบเซลล์ โมดูล หรือแพ็ก ส่วนอุปกรณ์ที่ควบคุมด้านของเหลวจะควบคุมการไหลของของเหลวผ่านวงจรจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ ทั้งสองระบบอาจจำเป็นต้องใช้ร่วมกันในการทดสอบหนึ่งครั้ง แต่แต่ละระบบตอบคำถามคนละประเภท ตัวอย่างเช่น การควบคุมด้วยห้องสามารถสร้างสภาพแวดล้อมรอบข้างได้ ในขณะที่เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้าสามารถควบคุมและวัดอุณหภูมิของของเหลว อัตราการไหลของของเหลว และพฤติกรรมของวงจรได้อย่างใกล้เคียงกับการเชื่อมต่อความร้อนปกติของแพ็ก

ระบบตอบสนองอย่างไรเมื่อความร้อนที่ปล่อยออกเพิ่มสูงขึ้น

1. ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่ขอบเขตของของไหล

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ EV เกี่ยวข้องในกรณีนี้ เพราะเมื่อแบตเตอรี่ส่งของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นกลับมา เซนเซอร์จะแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ไหลกลับ อุณหภูมิที่จ่าย หรือทั้งสองอย่าง ตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับการวัดขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทดสอบ หากต้องการควบคุมอุณหภูมิที่เข้าสู่แบตเตอรี่ให้คงที่ ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการตรวจวัดอุณหภูมิที่จ่ายและการสูญเสียความร้อนตามท่อน้ำ หากวัตถุประสงค์รวมถึงการวิเคราะห์ดุลยภาพพลังงาน แผนการทดสอบอาจต้องใช้ข้อมูลอุณหภูมิที่ไหลกลับและอัตราการไหลด้วย

2. ปรับการระบายความร้อน

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากระบบควบคุมจะปรับเปลี่ยนกำลังการทำความเย็น ลำดับการทำงานหรือการปรับอัตราของคอมเพรสเซอร์ (ถ้ามี) และบางครั้งก็รวมถึงพฤติกรรมของปั๊มหรือการจัดเรียงระบบบายพาส วัตถุประสงค์เชิงปฏิบัติคือการได้รับการตอบสนองที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ โดยมีค่าเกินเป้าหมาย ค่าสั่นสะเทือน หรือความล่าช้าให้น้อยที่สุดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุไว้ อย่างไรก็ตาม ข้อสรุปนี้จะใช้ได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อได้ตรวจสอบยืนยันแล้วว่า ของเหลวหล่อเย็น ตรรกะการควบคุม และการเชื่อมต่อทั้งหมดทำงานถูกต้อง

3. รักษาการไหลเวียนของวงจร

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนขึ้นอยู่กับทั้งความต่างของอุณหภูมิและการไหลของของเหลว การไหลที่ไม่เพียงพออาจทำให้อุณหภูมิของสารหล่อเย็นเพิ่มสูงขึ้นขณะผ่านแบตเตอรี่ และอาจก่อให้เกิดสภาวะการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ การไหลที่มากเกินไปก็ไม่จำเป็นต้องให้ประโยชน์โดยอัตโนมัติเช่นกัน เพราะวงจรแบตเตอรี่อาจมีข้อจำกัดด้านแรงดันตก หรือการทดสอบอาจต้องสะท้อนเงื่อนไขเฉพาะที่เกิดขึ้นจริงฝั่งยานพาหนะ ทีมทดสอบจึงควรระบุค่าเป้าหมายของการไหล ขอบเขตแรงดัน และช่วงความแปรผันที่ยอมรับได้รอบค่าทั้งสอง

4. ปล่อยความร้อนที่ดูดซับไว้ออก

เลือกขนาดเครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าตามลักษณะการใช้งานจริง ไม่ใช่เพียงจากกระแสสูงสุด

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าสูงเป็นปัจจัยนำเข้าที่สำคัญ แต่ไม่ใช่ข้อกำหนดโดยตรงเกี่ยวกับความสามารถในการระบายความร้อนเพียงอย่างเดียว ภาระความร้อนควรประเมินจากปริมาณความร้อนที่คาดว่าจะเกิดขึ้น จากนั้นจึงตรวจสอบกับโปรแกรมทั้งหมด ได้แก่ ช่วงพีค ระยะเวลา การหยุดพัก อุณหภูมิเริ่มต้น สภาพแวดล้อมรอบข้าง และความร้อนสะสมที่อาจเกิดขึ้นในท่อน้ำหล่อเย็นและอุปกรณ์ยึดตรึง แนวทางการทดสอบแบตเตอรี่ EV ที่เผยแพร่ไว้ก็เน้นเช่นกันถึงกำลังการปล่อยประจุ กระแสไฟฟ้าในการทดสอบ และปริมาณความร้อนที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ขณะเลือกอุปกรณ์ควบคุมของเหลวหล่อเย็น

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากการทบทวนอย่างรอบคอบจะแยกคำถามออกเป็นอย่างน้อยสามข้อ

การกำจัดความร้อนสูงสุด เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้าสามารถรองรับภาระความร้อนสูงสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ภายในช่วงเวลาที่ระบุได้หรือไม่
การตอบสนองต่อสัญญาณชั่วคราว: มันสามารถฟื้นตัวหรือติดตามการเปลี่ยนแปลงของภาระงานได้โดยไม่บดบังการตอบสนองของแบตเตอรี่หรือไม่
ความสม่ำเสมอในการทำงานแบบคงที่ ระบบวงจรสามารถกลับคืนสู่สภาวะการจ่ายของเหลวที่เหมือนเดิมได้ในแต่ละรอบซ้ำภายใต้เงื่อนไขของสถานที่ที่เทียบเคียงกันหรือไม่

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องที่นี่ เนื่องจากการตรวจสอบเหล่านี้ช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป คือ การระบุอุณหภูมิเป้าหมายโดยไม่บันทึกการเปลี่ยนแปลงของภาระความร้อน ในระหว่างการทดสอบแบตเตอรี่ ค่าตั้งเป้าหมาย (setpoint) เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเงื่อนไขขอบเขตเท่านั้น

ตัวแปรที่ต้องตรวจสอบก่อนการส่งมอบระบบ

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องที่นี่ เนื่องจากก่อนดำเนินการตามตารางการปล่อยประจุอย่างเข้มข้น วิศวกรผู้ทำการทดสอบสามารถใช้รายการตรวจสอบต่อไปนี้เพื่อแปลงคำขอการทำความเย็นทั่วไปให้กลายเป็นข้อกำหนดที่สามารถทดสอบได้

อุปกรณ์ต้องสอดคล้องกับรูปแบบแบตเตอรี่และระดับการทดสอบ ได้แก่ เซลล์ โมดูล แพ็ก หรือระบบย่อยของยานพาหนะ
สำหรับเครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า ต้องจัดทำเอกสารเกี่ยวกับรูปแบบการปล่อยประจุ กระแสสูงสุด ระยะเวลาของแต่ละช่วง และจำนวนครั้งที่ทำซ้ำ
ปริมาณความร้อนที่คาดว่าจะเกิดขึ้น หรือการประมาณค่าภาระความร้อนเบื้องต้นที่มีเหตุผลรองรับ
เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ายังต้องระบุชนิดของสารหล่อเย็นที่ใช้ ความเข้มข้น ข้อกำหนดด้านความเข้ากันได้ และมาตรการควบคุมสิ่งปนเปื้อนที่ยอมรับได้
ช่วงอุณหภูมิของสารหล่อเย็นที่จ่าย ความต้องการอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แถบความเสถียรของอุณหภูมิ และตำแหน่งของเซนเซอร์
อัตราการไหลที่ต้องการ แรงดันตกที่ยอมรับได้ ขนาดของท่อน้ำยา และประเภทของการเชื่อมต่อ
สภาวะการระบายความร้อนของสถานที่ และเครื่องมือวัดที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบ
ระบบล็อกเชื่อมโยง ระบบแจ้งเตือน การบันทึกข้อมูล และพฤติกรรมที่ต้องการหลังจากการทดสอบหยุดชะงัก

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ EV เกี่ยวข้องในที่นี้ เพราะคำถามเหล่านี้เป็นคำถามเพื่อยืนยันความถูกต้อง ไม่ใช่ข้อกำหนดทั่วไป ทั้งการทดสอบแบบแผ่นเย็น (cold-plate pack) การทดสอบแบบจุ่ม (immersion test) และการศึกษาเฉพาะในห้องควบคุมอุณหภูมิ (chamber-only study) อาจต้องการขอบเขตทางความร้อนที่ต่างกัน การระบุขอบเขตเหล่านั้นตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วยให้แยกแยะข้อจำกัดของเครื่องทำความเย็นออกจากปัญหาที่เกิดจากอุปกรณ์ยึดจับ ระบบควบคุม หรือโครงสร้างพื้นฐานของสถานที่ได้ง่ายขึ้น

ตำแหน่งของเครื่องทำความเย็นเชิงอุตสาหกรรมภายในโต๊ะทดสอบแบบครบวงจร

เครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องในที่นี้ เนื่องจากเครื่องทำความเย็นเชิงอุตสาหกรรมเป็นส่วนหนึ่งของระบบควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งจำเป็นต้องทำงานร่วมกับอุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ-คายประจุ (cycler) การสื่อสารกับระบบจัดการแบตเตอรี่ (battery-management-system) การควบคุมความปลอดภัย อุปกรณ์ปรับสภาพของเหลวหล่อเย็น เครื่องมือวัดต่าง ๆ และโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการทดสอบจริง การดำเนินการตรวจสอบระบบก่อนใช้งานจริงอย่างมีประสิทธิภาพคือการเริ่มต้นด้วยการใช้โหลดจำลองที่ควบคุมได้ หรือโปรไฟล์พลังงานที่ต่ำกว่าก่อน จากนั้นเปรียบเทียบค่าอุณหภูมิของของเหลวหล่อเย็นที่ป้อนเข้า ค่าอุณหภูมิของของเหลวหล่อเย็นที่ไหลกลับ ปริมาณการไหล แรงดัน และการใช้พลังงานไฟฟ้า กับค่าที่กำหนดไว้สำหรับลำดับการทดสอบที่ตั้งใจไว้

แนวทางแบบขั้นตอนนี้สามารถเปิดเผยปัญหาที่ไม่คาดคิด เช่น การเพิ่มความร้อนตามแนวท่อ การมีอากาศค้างในระบบ การไหลที่ไม่เสถียร หรือวงจรควบคุมที่ต้องปรับแต่งก่อนเริ่มการทดสอบปล่อยพลังงานสูงซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายสูง นอกจากนี้ยังช่วยสร้างบันทึกที่ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าเครื่องทำความเย็นสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าถูกสั่งให้ทำอะไร หากผลลัพธ์ในภายหลังแตกต่างออกไป ทีมงานจะมีเงื่อนไขขอบเขตที่ระบุไว้อย่างชัดเจนสำหรับการทบทวน แทนที่จะอาศัยเพียงฉลากอุปกรณ์ที่ระบุค่าโดยประมาณ

ประเด็นสำคัญ

การทดสอบแบตเตอรี่ที่ปล่อยกระแสสูง ทำให้ระบบระบายความร้อนกลายเป็นปัญหาการควบคุมแบบไดนามิก ชิลเลอร์สำหรับการทดสอบแบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้า (EV) จัดการกับความร้อนโดยการหมุนเวียนสารหล่อเย็นที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว เพื่อดูดซับพลังงานจากวงจรแบตเตอรี่ ปรับอัตราการถ่ายเทความร้อนตามเงื่อนไขของสารหล่อเย็นที่ไหลกลับมา และปล่อยพลังงานส่วนนั้นออกผ่านระบบความร้อนของตัวชิลเลอร์เอง คุณภาพของผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับขอบเขตของการทดสอบทั้งหมด ได้แก่ รูปแบบการเกิดความร้อน สารหล่อเย็น อัตราการไหล แรงดันตกคร่อม เสถียรภาพของการวางเซนเซอร์ ระบบควบคุม และความสามารถในการระบายความร้อนของสถานที่ เมื่อเงื่อนไขเหล่านี้ได้รับการบันทึกและตรวจสอบอย่างครบถ้วนแล้ว เครื่องมือทดสอบจะสามารถประเมินพฤติกรรมความร้อนของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้มากยิ่งขึ้นภายใต้เงื่อนไขด้านสารหล่อเย็นที่ควบคุมได้