তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা কি?

তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা কি?

বেটাৰীৰ কাৰ্য্যক্ষমতাৰ ওপৰত উষ্ণতাৰ প্ৰভাৱৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি, বেটাৰীৰ বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক বৈশিষ্ট্য আৰু তাপ উৎপাদন ব্যৱস্থাৰ সৈতে সংযুক্ত, আৰু এটা নিৰ্দিষ্ট বেটাৰীৰ অনুকূল চাৰ্জ/ডিচাৰ্জ উষ্ণতাৰ পৰিসৰত গ্ৰাউণ্ড কৰা, এটা প্ৰযুক্তি যিয়ে বেটাৰীৰ কাৰ্য্যৰ সময়ত অত্যধিক উচ্চ বা কম উষ্ণতাৰ ফলত হোৱা তাপ অপচয় বা তাপীয় পলায়নৰ সৈতে মোকাবিলা কৰে। এইটো যুক্তিসংগত ডিজাইনৰ জৰিয়তে লাভ কৰা হয় আৰু ইয়াক পদাৰ্থ বিজ্ঞান, বিদ্যুৎ ৰসায়ন, তাপ স্থানান্তৰ, আণৱিক গতিবিদ্যা আৰু অন্যান্য শাখাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি কৰা হয়। ভাল পৰিৱেশন বজাই ৰাখিবলৈ বেটাৰী পেকৰ বাবে এটা যুক্তিসংগত অপাৰেটিং উষ্ণতাৰ পৰিসৰ বজাই ৰখাটো অতি প্ৰয়োজনীয়। গতিকে লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰী পেকৰ বাবে এটা যুক্তিসংগত তাপ ব্যৱস্থাপনা আঁচনি ডিজাইন কৰাটো বেটাৰী ব্যৱস্থাৰ সামগ্ৰিক পৰিৱেশন উন্নত কৰাৰ বাবে অতি গুৰুত্বপূৰ্ণ।

বেটাৰী পেক তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ তলত দিয়া পাঁচটা মূল কাম আছে: 1 বেটাৰীৰ উষ্ণতাৰ সঠিক জোখ আৰু নিৰীক্ষণ; 2 বেটাৰী পেকৰ উষ্ণতা অতি বেছি হ'লে ফলপ্ৰসূ তাপ অপচয় আৰু বায়ু চলাচল; 3 কম-উষ্ণতাৰ অৱস্থাত দ্ৰুত উত্তাপ; ৪ ক্ষতিকাৰক গেছ উৎপন্ন হ’লে ফলপ্ৰসূ বায়ু চলাচল; আৰু 5 বেটাৰী পেকৰ ভিতৰত এটা একে উষ্ণতা বিতৰণ নিশ্চিত কৰা।

এটা উচ্চ-কাৰ্য্যক্ষমতা বেটাৰী পেক তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাপ্ৰণালীৰ বাবে এটা পদ্ধতিগত ডিজাইন পদ্ধতিৰ প্ৰয়োজন। বৰ্তমান তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ বাবে বহুতো ডিজাইন পদ্ধতি আছে। আটাইতকৈ বেছি ব্যৱহৃত হৈছে আমেৰিকাৰ ৰাষ্ট্ৰীয় নবীকৰণযোগ্য শক্তি পৰীক্ষাগাৰ (NREL) দ্বাৰা ডিজাইন কৰা বেটাৰী পেক তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা, যাৰ ডিজাইন প্ৰক্ৰিয়াত সাতটা পদক্ষেপ অন্তৰ্ভুক্ত কৰা হৈছে:

১) তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ স্ব-কেলিবাৰ আৰু প্ৰয়োজনীয়তা নিৰ্ধাৰণ কৰা। বেটাৰীৰ উষ্ণতাৰ বৈশিষ্ট্য আৰু উপযুক্ত অপাৰেটিং উষ্ণতাৰ পৰিসৰৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি, তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ নিয়ন্ত্ৰণ স্ব-কেলিবাৰ নিৰ্ধাৰণ কৰক। উদাহৰণস্বৰূপে, লিথিয়াম-আয়ন শক্তি বেটাৰীৰ বাবে উপযুক্ত অপাৰেটিং উষ্ণতা 10~40 ডিগ্ৰী, কম-উষ্ণতাৰ সীমা 0 ডিগ্ৰী আৰু উচ্চ-উষ্ণতাৰ সীমা 45 ডিগ্ৰীৰ সৈতে। গতিকে তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ ডিজাইনে বেটাৰীৰ চৰম অপাৰেটিং উষ্ণতা পূৰণ কৰাৰ লগতে বেটাৰীৰ উপযুক্ত অপাৰেটিং উষ্ণতাৰ প্ৰয়োজনীয়তা পূৰণ কৰিবলৈ চেষ্টা কৰিব লাগে।

২) মডিউলৰ তাপ উৎপাদন আৰু তাপ ক্ষমতা জুখি বা অনুমান কৰা। বেটাৰীৰ চাৰ্জ-ডিচাৰ্জ পৰীক্ষা আৰু বেটাৰীৰ নিৰ্দিষ্ট তাপ ক্ষমতাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি চিমুলেচন গণনাৰ যোগেদি, তাপ অপচয় বা উত্তাপ শক্তি নিৰ্ধাৰণ কৰক।

৩) তাপ স্থানান্তৰ মাধ্যম নিৰ্বাচন আৰু তাপ অপচয় গঠনৰ ডিজাইনকে ধৰি তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ প্ৰাৰম্ভিক মূল্যায়ন। সাধাৰণতে বেটাৰীৰ শীতলতা বায়ু শীতল বা তৰল শীতল কৰাৰ দ্বাৰা সম্ভৱ হয়। বায়ু শীতল ব্যৱস্থাৰ গঠন তুলনামূলকভাৱে সহজ যদিও অদক্ষ; তৰল শীতল ব্যৱস্থাৰ গঠন জটিল যদিও অতি কাৰ্যক্ষম। ইয়াৰ উপৰিও বিভিন্ন ধৰণৰ উত্তাপন পদ্ধতি আছে যেনে চলাচল কৰা গৰম বায়ু উত্তাপন, তৰল প্ৰবাহ উত্তাপন, আৰু তাপৰ উৎসৰ পৰা প্ৰত্যক্ষ তাপ বিকিৰণ গৰম কৰা।

৪) মডিউল আৰু বেটাৰী পেকৰ তাপীয় আচৰণৰ ভৱিষ্যদ্বাণী কৰা। বেটাৰী পেকৰ কাৰ্য্যকৰী অৱস্থাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি, প্ৰয়োগৰ সময়ত তাপ অপচয় আৰু উত্তাপনৰ প্ৰয়োজনীয়তা ভৱিষ্যদ্বাণী আৰু মূল্যায়ন কৰক।

৫) তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ প্ৰাৰম্ভিক ডিজাইন। নিৰ্ধাৰিত তাপ মাধ্যম আৰু তাপ আচৰণ মূল্যায়নৰ ফলাফলৰ ভিত্তিত তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ নীতি আৰু অভিযান্ত্ৰিক ডিজাইন পৰিচালনা কৰা।

৬) তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ ডিজাইন আৰু পৰীক্ষা। স্কেল কৰা-ডাউন বা সম্পূৰ্ণ-স্কেল বেটাৰি ব্যৱস্থাপ্ৰণালী আৰু বেটাৰি তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাপ্ৰণালী উৎপাদন কৰক, আৰু এটা পৰীক্ষা বেঞ্চত চিমুলেটেড প্ৰকৃত কাৰ্য্যকৰী অৱস্থাৰ অধীনত তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাপ্ৰণালীৰ ফলপ্ৰসূতা পৰীক্ষা কৰক।

৭) তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা অনুকূল কৰা। পৰীক্ষামূলক ফলাফলৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা উন্নত আৰু অনুকূল কৰা।

বেটাৰী তাপৰ ভাল পৰিবাহী নহয়। বেটাৰীৰ আভ্যন্তৰীণ তাপীয় অৱস্থা সম্পূৰ্ণৰূপে বুজিবলৈ কেৱল পৃষ্ঠৰ উষ্ণতাৰ বিতৰণ জনাটো অপৰ্যাপ্ত। গাণিতিক আৰ্হি ব্যৱহাৰ কৰি আভ্যন্তৰীণ উষ্ণতাৰ ক্ষেত্ৰ গণনা কৰা আৰু বেটাৰীৰ তাপীয় আচৰণৰ ভৱিষ্যদ্বাণী কৰাটো বেটাৰীৰ তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ ডিজাইনৰ এক অপৰিহাৰ্য পদক্ষেপ। বৰ্তমান মূলসুঁতিৰ গাণিতিক আৰ্হিত দুটা-মাত্ৰিক আৰু তিনি-মাত্ৰিক আৰ্হি অন্তৰ্ভুক্ত কৰা হৈছে। ইয়াৰ ভিতৰত, ত্ৰি-মাত্ৰিক আৰ্হিটো, ইয়াৰ উৎকৃষ্ট সঠিকতা আৰু অভিযোজন ক্ষমতাৰ বাবে, বহুতো বেটাৰী তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাত ব্যাপকভাৱে ব্যৱহাৰ কৰা হৈছে। মডেলটো তলত দিয়া ধৰণৰ:

Battery Thermal Field Calculation and Temperature Prediction

য’ত T হৈছে উষ্ণতা;

ρ হৈছে গড় ঘনত্ব;

c_p হৈছে বেটাৰীৰ নিৰ্দিষ্ট তাপ ক্ষমতা;

λ_x, λ_y, λ_z হৈছে ক্ৰমে x, y আৰু z দিশত বেটাৰীৰ তাপ পৰিবাহীতা;

q হৈছে প্ৰতি একক আয়তনত তাপ উৎপাদনৰ হাৰ।

বেটাৰী বাকচৰ ভিতৰত বিভিন্ন বেটাৰি মডিউলসমূহৰ মাজত উষ্ণতাৰ পাৰ্থক্যই বেটাৰীৰ আভ্যন্তৰীণ প্ৰতিৰোধ ক্ষমতা আৰু ক্ষমতাৰ অসামঞ্জস্যতা বৃদ্ধি কৰে। সময়ৰ লগে লগে, ইয়াৰ ফলত কিছুমান বেটাৰীৰ অতিৰিক্ত চাৰ্জ বা অতিৰিক্ত-ডিচাৰ্জ হ'ব পাৰে, ইয়াৰ আয়ুসকাল আৰু পৰিৱেশনত প্ৰভাৱ পেলাব পাৰে, আৰু সুৰক্ষা বিপদ সৃষ্টি কৰিব পাৰে। বেটাৰী বাকচৰ ভিতৰত বেটাৰী মডিউলসমূহৰ মাজৰ উষ্ণতাৰ পাৰ্থক্য বেটাৰী পেক ব্যৱস্থাৰ সৈতে ওতঃপ্ৰোতভাৱে জড়িত। সাধাৰণতে মাজৰ বেটাৰীয়ে তাপ জমা হোৱাৰ প্ৰৱণতা থাকে, আনহাতে প্ৰান্তত থকা বেটাৰীৰ তাপ অপচয় ভাল। গতিকে বেটাৰী পেকৰ গঠন আৰু তাপ অপচয়ৰ ডিজাইন কৰাৰ সময়ত একেধৰণৰ তাপ অপচয় নিশ্চিত কৰাটো অতি গুৰুত্বপূৰ্ণ। বায়ু শীতলতাক উদাহৰণ হিচাপে ল’লে সাধাৰণতে দুটা বায়ু চলাচল পদ্ধতি আছে: শৃংখলা আৰু সমান্তৰাল, যাতে একেধৰণৰ তাপ অপচয় নিশ্চিত হয়। বায়ু প্ৰবাহৰ ডিজাইনে তৰল বলবিজ্ঞান আৰু বায়ুগতিবিদ্যাৰ মূল নীতিসমূহ মানি চলিব লাগিব।

বেটাৰীৰ তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থা ডিজাইন কৰাৰ সময়ত ফেনৰ প্ৰকাৰ আৰু শক্তি, উষ্ণতা সংবেদকৰ সংখ্যা, আৰু জোখ-মাখৰ বিন্দুৰ অৱস্থান সযতনে বাছি ল’ব লাগিব।

বায়ু শীতলতাক উদাহৰণ হিচাপে লৈ, শীতল ব্যৱস্থাৰ ডিজাইন কৰাৰ সময়ত, এটা নিৰ্দিষ্ট শীতল প্ৰভাৱ নিশ্চিত কৰাৰ লগতে, ফেনৰ শব্দ আৰু শক্তিৰ ব্যৱহাৰ হ্ৰাস কৰিবলৈ প্ৰবাহ প্ৰতিৰোধ ক্ষমতা কম কৰিব লাগে, যাৰ ফলত সামগ্ৰিক ব্যৱস্থাৰ কাৰ্যক্ষমতা উন্নত হয়। পৰীক্ষামূলক, তাত্ত্বিক গণনা আৰু তৰল গতিবিদ্যা (CFD) পদ্ধতি ব্যৱহাৰ কৰি চাপৰ হ্ৰাস আৰু প্ৰবাহৰ হাৰ অনুমান কৰি ফেনৰ শক্তি খৰচ অনুমান কৰিব পাৰি। যেতিয়া প্ৰবাহ প্ৰতিৰোধ ক্ষমতা কম হয়, তেতিয়া অক্ষীয় প্ৰবাহৰ ফেন বিবেচনা কৰিব পাৰি; যেতিয়া প্ৰবাহ প্ৰতিৰোধ ক্ষমতা বেছি হয়, তেতিয়া কেন্দ্ৰপৃথক ফেন অধিক উপযুক্ত হয়। অৱশ্যে ফেনে দখল কৰা ঠাই আৰু ইয়াৰ খৰচো বিবেচনা কৰিব লাগিব। অনুকূল ফেন নিয়ন্ত্ৰণ কৌশল বিচাৰি উলিওৱাটোও তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ অন্যতম কাম।

Schematic diagram of temperature measurement points in the battery box

বেটাৰী বাকচৰ ভিতৰত বেটাৰী পেকৰ উষ্ণতাৰ বিতৰণ সাধাৰণতে অসমান হয়, সেয়েহে জটিল উষ্ণতাৰ বিন্দু নিৰ্ণয় কৰিবলৈ বিভিন্ন পৰিস্থিতিত বেটাৰী পেকৰ তাপ ক্ষেত্ৰৰ বিতৰণ জনাটো প্ৰয়োজনীয়। অধিক উষ্ণতা সেন্সৰে অধিক বিস্তৃত উষ্ণতা জোখা প্ৰদান কৰে, কিন্তু ব্যৱস্থাপ্ৰণালীৰ খৰচ আৰু জটিলতা বৃদ্ধি কৰে। নিৰ্দিষ্ট অভিযান্ত্ৰিক প্ৰসংগৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি তাত্ত্বিকভাৱে সসীম মৌল বিশ্লেষণ, পৰীক্ষাত অতি ৰঙা তাপীয় প্ৰতিচ্ছবি বা বাস্তৱ-সময়ৰ বহু-বিন্দু উষ্ণতা নিৰীক্ষণ ব্যৱহাৰ কৰি বেটাৰী পেক, বেটাৰী মডিউল আৰু ব্যক্তিগত কোষৰ তাপ ক্ষেত্ৰ বিতৰণ বিশ্লেষণ আৰু জুখিব পাৰি, উষ্ণতা জোখা বিন্দুৰ সংখ্যা নিৰ্ধাৰণ কৰিব পাৰি আৰু বিভিন্ন অঞ্চলত উপযুক্ত বিন্দু বিচাৰি উলিয়াব পাৰি। এটা সাধাৰণ ডিজাইনে নিশ্চিত কৰিব লাগে যে উষ্ণতা সংবেদকসমূহ শীতল বায়ু প্ৰবাহৰ সন্মুখীন নহয় যাতে উষ্ণতা জোখাৰ সঠিকতা আৰু স্থিৰতা উন্নত হয়। বেটাৰীৰ ডিজাইন কৰাৰ সময়ত উষ্ণতা সংবেদকৰ বাবে ঠাই সংৰক্ষণ কৰিব লাগে; উদাহৰণস্বৰূপে, উপযুক্ত স্থানত উপযুক্ত খোলা ডিজাইন কৰিব পাৰি। টয়োটাৰ প্ৰিয়াছ হাইব্ৰিড ইলেক্ট্ৰিক বাহনখনৰ বেটাৰী পেকত ২২৮টা ব্যক্তিগত কোষ আছে, আৰু ৫টা উষ্ণতা চেন্সৰৰ দ্বাৰা উষ্ণতা নিৰীক্ষণ কৰা হয়। বেইজিং ইনষ্টিটিউট অৱ টেকন'লজিয়ে ডিজাইন কৰা ইলেক্ট্ৰিক বাছ শক্তি বেটাৰী ব্যৱস্থাই প্ৰতিটো বাকচত ৬টা উষ্ণতা জোখা বিন্দু ব্যৱহাৰ কৰে (চিত্ৰ ৮-১৬a ত বৃত্তাকাৰ অঞ্চল চাওক), ধনাত্মক আৰু ঋণাত্মক টাৰ্মিনেল আৰু বেটাৰী বাকচৰ শক্তি লাইন আউটপুট বিন্দুত সজোৱা, চিত্ৰ ৮-১৬ত দেখুওৱাৰ দৰে।

তাপ স্থানান্তৰ মাধ্যমৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি বেটাৰী পেক তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাৰ শীতলতাক তিনি প্ৰকাৰত ভাগ কৰিব পাৰি: বায়ু শীতল কৰা, তৰল শীতল কৰা আৰু ফেজ পৰিৱৰ্তন সামগ্ৰী শীতল কৰা। সামগ্ৰীৰ গৱেষণা আৰু বিকাশ আৰু উৎপাদন খৰচ বিবেচনা কৰিলে আটাইতকৈ ফলপ্ৰসূ আৰু সাধাৰণতে ব্যৱহৃত তাপ অপচয় ব্যৱস্থাটোৱে বৰ্তমান বায়ুক তাপ অপচয়ৰ মাধ্যম হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰে।

তাপ অপচয় বায়ু প্ৰবাহৰ গঠনৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি বায়ু শীতল ব্যৱস্থাক আৰু দুটা ভাগত ভাগ কৰিব পাৰি: শৃংখলাবদ্ধ বায়ু চলাচল আৰু সমান্তৰাল বায়ু চলাচল, ক্ৰমে চিত্ৰ ৮-১৭ আৰু ৮-১৮ত দেখুওৱাৰ দৰে।

শৃংখলা সংৰূপত, সাধাৰণতে বেটাৰী পেকৰ এটা ফালৰ পৰা আনটো ফাললৈ বায়ু প্ৰবাহিত হৈ তাপ আঁতৰায়। কিন্তু এই বায়ু প্ৰবাহে আগতে পাৰ হোৱা অঞ্চলৰ পৰা পিছলৈ পাৰ হোৱা অঞ্চললৈ তাপ কঢ়িয়াই লৈ যায়, যাৰ ফলত উষ্ণতা অসামঞ্জস্যপূৰ্ণ আৰু উষ্ণতাৰ যথেষ্ট পাৰ্থক্য দেখা যায়। এটা সমান্তৰাল সংৰূপত, মডিউলসমূহৰ মাজৰ বায়ু প্ৰবাহ উলম্বভাৱে বৃদ্ধি পায়, বায়ু অধিক সমানে বিতৰণ কৰে আৰু সমগ্ৰ বেটাৰী পেকত সামঞ্জস্যপূৰ্ণ তাপ অপচয় সুনিশ্চিত কৰে।

তাপ ব্যৱস্থাপনা ব্যৱস্থাক আভ্যন্তৰীণ উত্তাপ বা শীতল যন্ত্ৰ আছে নে নাই তাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি নিষ্ক্ৰিয় আৰু সক্ৰিয় ব্যৱস্থাত ভাগ কৰিব পাৰি। নিষ্ক্ৰিয় ব্যৱস্থাসমূহ কম খৰচী আৰু ইয়াৰ বাবে সহজ আন্তঃগাঁথনিৰ প্ৰয়োজন; সক্ৰিয় চিস্টেমসমূহ অধিক জটিল আৰু অধিক অতিৰিক্ত শক্তিৰ প্ৰয়োজন হয়, কিন্তু উন্নত পৰিৱেশন প্ৰদান কৰে।

চিত্ৰ ৮-১৯, ৮-২০ আৰু ৮-২১ত ক্ৰমে সক্ৰিয় আৰু নিষ্ক্ৰিয় বায়ু উত্তাপন আৰু তাপ অপচয় গঠনৰ আৰ্হিগত ডায়াগ্ৰাম দেখুওৱা হৈছে।

Thermal Management System Design and Implementation

চিত্ৰ ৮-১৯ আৰু ৮-২০ত যদিও গাড়ীৰ এয়াৰ কণ্ডিচনাৰ বা হিটিং চিষ্টেমৰ দ্বাৰা বায়ু ঠাণ্ডা আৰু গৰম কৰা হৈছে, তথাপিও ইয়াক পেচিভ চিষ্টেম বুলি গণ্য কৰা হয়। এই নিষ্ক্ৰিয় ব্যৱস্থাৰ সৈতে, প্ৰৱৰ্তিত পৰিৱেশ বায়ুৰ উষ্ণতাৰ অসামঞ্জস্যৰ বাবে, সঠিক তাপ ব্যৱস্থাপনাৰ বাবে পৰিৱেশৰ বায়ুৱে এটা নিৰ্দিষ্ট উষ্ণতাৰ পৰিসৰৰ ভিতৰত (১০~৩৫ ডিগ্ৰী) কাম কৰিব লাগিব। অতি ঠাণ্ডা বা গৰম পৰিস্থিতিত কাম কৰিলে বেটাৰী পেকত অধিক অসমতা হ'ব পাৰে।

হিটিং চিষ্টেমত বেটাৰী পেকত গৰম বায়ু প্ৰৱেশ কৰাৰ উপৰিও অন্য পদ্ধতি ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি, যেনে চিত্ৰ 8-22~8-25 ত দেখুওৱা হৈছে (প্ৰিজমেটিক বেটাৰীৰ বাবে)।

Other heating methods