Þar sem kröfur um drægni og hleðslunýtni í nýjum orkutækjum halda áfram að aukast, hafa hitastjórnunarkerfi rafhlöðu orðið mikilvægur þáttur sem ákvarðar frammistöðu og öryggi rafhlöðupakka. Vegna byggingarmunar sem felst í umbúðasniðum þeirra eru hitastjórnunaraðferðir mismunandi fyrir hverja frumutegund.
I. Kjarnamarkmið og almenn rökfræði varmastjórnunar
Hitastjórnun rafhlöðu felur í meginatriðum í sér nákvæma stjórnun á hitauppstreymi í rafhlöðupakkanum. Kjarnamarkmið þess eru meðal annars: að halda rafhlöðunni innan ákjósanlegs rekstrarhitasviðs, koma í veg fyrir staðbundna ofhitnun, draga úr hættu á hitauppstreymi, jafnvægi á þörfum fyrir há-hitakælingu og lág-hitahitun og lágmarka hitamun milli frumna til að auka samkvæmni.
ACEYBMS prófunarbúnaðursannreynir rétta virkni rafhlöðuhitaskynjunar, yfir-hitaverndar og frumujafnvægiseiginleika.
Hitaferli innan pakkans samanstanda af fjórum meginþáttum: Í fyrsta lagi rafefnafræðilegur hiti sem myndast við innri efnahvörf rafhlöðunnar, sem er beintengd rafhlöðuhönnun; í öðru lagi, óómískur hiti sem myndast af straumi sem flæðir í gegnum leiðara, ákvarðaður af hönnun rafrásarinnar; í þriðja lagi, hitaleiðni milli frumna og pakkningaíhluta, stjórnað af byggingarhönnun og varmastjórnunarstefnu; og í fjórða lagi, varmaflutningur með leiðslu sem felur í sér vökva (vökva- eða loftkælingu), sem þjónar sem aðal varmaleiðni fyrir kerfið.
Núverandi almennar varmastjórnunarlausnir falla í fjóra flokka: bein kælikerfi (td BMW i3/X5), fljótandi kælikerfi (td Tesla, Audi), loftkælikerfi (td Nissan Leaf, Prius) og fasa-efnaskiptakerfi (PCM) kælikerfi.
II. Samanburður á eiginleikum og hitastjórnunaraðferðum fyrir frumugerðirnar þrjár
Vegna mismunandi uppbyggingar umbúða eru frumugerðirnar þrjár mismunandi hvað varðar grundvallarbreytur og hitastjórnunarrökfræði:
| Samanburðaratriði | Sívalur klefi | Prismatísk klefi | Pokaklefi |
| Fulltrúar fyrirmyndir | 18650, 21700, 26650 | L135, L148, L173 | 118, 161 |
| Kjarna kostir og gallar | Þroskað ferli, mikil ávöxtun, góð samkvæmni, en þung, lítil sérstakur orka | Einföld uppbygging, tiltölulega hár orkuþéttleiki, sterk höggþol, en flókið líkan afbrigði, erfitt að sameina ferla | Léttur, hár orkuþéttleiki, lágt innra viðnám, góð hringrásafköst, en léleg samkvæmni, hár kostnaður, viðkvæmt fyrir leka |
| Einstaklings-hitadreifingarsvæði | 3674 mm² (18650 forskrift) | 38296 mm² (148 forskrift) | 73094 mm² (161 forskrift) |
1. Hitastjórnun fyrir sívalar frumur
Einingar sem nota sívalur frumur nota venjulega tvíátta fljótandi kæliflæðishönnun. Í þessari uppsetningu þjóna báðir endar kælirásanna sem inntak og úttak, sem kemur í veg fyrir ófullnægjandi kælingu við enda rásarinnar-vandamál sem annars gæti stafað af hækkun hitastigs kælivökvans þegar það flæðir í gegnum kerfið. Efni eins og Stycast 2850/CT-sem eru rafeinangrandi en samt mjög hitaleiðandi-eru notuð til að fylla upp í bilið á milli rafhlöðunnar og kælipípanna. Þetta nær þremur kjarnaávinningi: Í fyrsta lagi umbreytir það snertingu milli frumna og röranna frá línusnertingu til yfirborðssnertingar, sem eykur verulega skilvirkni hitaflutnings; í öðru lagi auðveldar það varmaskipti milli frumna, og bætir á óvirkan hátt einsleitni hitastigs yfir einstakar einingar; og í þriðja lagi eykur það heildarvarmamassa rafhlöðupakkans og dregur þar með úr umfangi meðalhitahækkunar.
2. Hitastjórnun fyrir prismatískar frumur
Prismatískar frumueiningar hýsa venjulega 32 VDA-staðlaðar frumur; hverjar fjórar frumur deila einni núnings-hræru-soðinni köldu plötu. Þessar köldu plötur eru tengdar samhliða í gegnum lagnir til að tryggja kerfis-breitt hitastig. Hitaflutningsleiðin er: klefi → hitauppstreymisefni (TIM) → grunn/hliðarplata → köld plata. Þessi uppsetning býður upp á stöðugleika í uppbyggingu og uppfyllir notkunarkröfur ýmissa atburðarása, þar á meðal atvinnubíla.
3. Hitastjórnun fyrir pokafrumur
Pokasellur eru venjulega tengdar við samsett hús úr plasti og 0,35 mm álplötu; álið flytur hita til brúna einingarinnar, en plasthluturinn veitir rafeinangrun og samlæsingu burðarvirkisins. Lykileiningaríhlutir innihalda endaplötur, hlífðarplötur, rásstangir, hitaleiðniplötur, biðpúða og NTC skynjara. Varðandi hitastjórnun, eru 1 mm-þykkar vökvakæliplötur-með vélrænum flæðisrásum- komið fyrir á milli einstakra frumna. Þetta tryggir beina snertingu á milli hverrar klefa og kæliplötunnar; varmi er leiddur í gegnum TIM að hitaleiðniplötunni og síðan inn í kæliplötuna til losunar. Þessi lausn býður upp á hæsta hlutfallið af virku hitaleiðni svæði.
Kjarnalíkindi og munur á lausnunum þremur
Líkindi: Allir þrír auka skilvirkni hitaleiðni með því að bæta við kælirásum, flýta fyrir hitaflutningshraða með því að nota mjög varmaleiðandi miðla og nota virkar kæliaðferðir til að stjórna hitastigi.
Mismunur:
| Samanburðaratriði | Sívalur | Prismatísk | Poki |
| Varmaleiðni miðill | Fruman sjálf + hitaleiðandi fylliefni | Cell sjálft + hitaleiðandi lím + grunnplata/hliðarplata | Cell sjálft + hitaleiðandi lím + hitadreifari |
| Varmaleiðnibraut | Cell → hitaleiðandi lím → krappi/fljótandi köld plata | Cell → hitaleiðandi lím → grunnplata/hliðarplata → köld plata | Cell → hitaleiðandi lím → hitadreifari → köld plata |
| Skilvirkt hitaleiðni svæði | 918 mm² (18650) | 3996 mm² (148) | 36547 mm² (161) |
| Árangursríkt hitaleiðni svæðishlutfall | 25% | 10.40% | 50% |
Að auki er marktækur munur á vali á kælimiðli, uppsetningu kæliplatna og endanlegri hitaleiðni.