Важност управљања топлотом у ЕВ батеријама
Одржавање безбедног и ефикасног рада електричних возила заиста се своди на управљање топлотом. Литијум{1}}јонске батерије су избирљиве-они воле ствари између 20 и 40 степени Целзијуса. Гурните их јаче, и тражите невоље. Електролит почиње да се разбија, СЕИ слој се згушњава, и пре него што то приметите, батерија губи капацитет, постаје мање ефикасна и, у најгорем случају, ствари се запале или чак експлодирају.
Хладно време није много љубазније. Када температура падне, хемија батерије се успорава. Унутрашњи отпор расте. Одједном нећете добити снагу или брзину пуњења која вам је потребна. Чак и мала разлика-само пет-окрет између ћелија-доводи до неуједначеног старења. Неке ћелије старе пре времена, док друге заостају.
Дакле, крајњи резултат? Одржавање сваке ћелије на приближно истој температури не само да чини ствари сигурнијим. Одржава најбоље перформансе аутомобила и помаже да батерија траје много дуже.
Ваздушно хлађење за ЕВ батерије
Ваздушно хлађење функционише тако што се ваздух помера преко или кроз батеријски пакет како би одвео топлоту. Понекад се само ваздух креће док се аутомобил вози (то је пасивно), понекад вентилатори или дувачи раде посао (то је активно). Целокупно подешавање је једноставно-без компликованог водовода, нема много додатне тежине и јефтино је. Зато га видите у раним електричним аутомобилима или мањим возилима. Они само користе канале и неколико вентилатора-без нереда са течностима или тешким деловима.
Али постоји квака. Ваздух једноставно није добар у преношењу топлоте. Много је мање густо од течности, тако да не може да упије много енергије. Када батерије почну да раде напорно, посебно током брзог пуњења или тешке употребе, хлађење ваздухом заостаје. Једноставно не може да одржи све ћелије на сталној температури или да поднесе топлоту коју модерни ЕВ испумпавају. Ових дана ваздушно хлађење функционише само за најједноставнија подешавања батерија. За све захтевније треба нешто боље.
Предности:То је једноставно подешавање{0}}само неколико делова, тако да остаје лагано и не треба му много одржавања. Не морате да бринете о цурењу расхладне течности, а када се аутомобил креће, може користити ваздух који јури да би се расхладио.
Ограничења:Снага хлађења је прилично слаба. Вруће тачке брзо искачу, посебно ако снажно гурате аутомобил или брзо пуните, јер ваздух једноставно није добар у преносу топлоте. То може брже истрошити компоненте или чак довести до гашења система. Искрено, овај метод једноставно не може да иде у корак са електричним возилима високих{3}}перформанси или високо{4}}енергије.
Течно хлађење за ЕВ батерије
Течно хлађење је најбољи избор-за већину електричних аутомобила средњих- и високих-учинака ових дана. Ево како то функционише: пумпа гура расхладну течност-обично водену{5}}мешавину гликола-кроз канале или хладне плоче које се налазе тачно уз ћелије батерије. Како расхладна течност преузима топлоту из батерија, она прелази на измењивач топлоте, који ту топлоту одбацује користећи ваздух или расхладно средство. Пошто течности преносе топлоту много боље од ваздуха, ови системи одржавају температуру батерије стабилном и равномерном. То је заправо разлог зашто скоро свако-електрично возило великог домета користи течно{11}}хлађене батерије. Уз боље одвођење топлоте, ови пакети могу да поднесу већу излазну снагу и супер{13}}брзо пуњење без прегревања.
Предности:Течно хлађење брзо извлачи топлоту и одржава температуру равномерном у свим ћелијама. То значи да батерије трају дуже и да се брже пуните. Расхладна течност је много боља од ваздуха у покретној топлоти, тако да ови пакети могу да поднесу високе стопе пуњења без знојења.
Недостаци:На крају ћете добити компликованији и тежи систем. Потребне су вам пумпе, црева, измењивачи топлоте и сва електроника да бисте их контролисали, а све мора бити добро запечаћено. Има још тога за одржавање,-пумпе или вентили могу да се покваре, а цурење је прави проблем. Осим тога, сви ти додатни делови заузимају простор и додају тежину, што само мало смањује вашу укупну ефикасност.
Фаза{0}}Хлађење за промену материјала (ПЦМ).
Материјали за{0}}промену фазе, или ПЦМ, делују као термички амортизери за батерије. Обично ћете их наћи као воскове или соли увучене око ћелија. Када се батерија загреје преко одређене тачке, ПЦМ се топи, упијајући много енергије док прелази из чврстог у течност. Ако се ствари поново охладе, учвршћује се и ослобађа ту ускладиштену топлоту назад. Овај процес помаже у одржавању температурних скокова под контролом, посебно током брзих рафала-на пример када снажно притиснете папучицу гаса или укључите за брзо пуњење.
Предности:Потпуно је пасиван, тако да вам није потребна никаква енергија да га покренете. Без вентилатора, без пумпи-само систем који тихо изједначава температурне скокове. ПЦМ-ови улазе у заштиту ћелија од кратких налета топлоте и помажу у одржавању паковања на безбедној температури када дође до изненадног оптерећења.
Ограничења:Лоша страна? ПЦМ-ови сами не преносе топлоту добро. Када заврше са променом фазе, не могу више да упију топлоту. Ако имате посла са сталним високим температурама, пасивно хлађење једноставно није довољно. Да бисте заиста одвели топлоту из ПЦМ-а, обично су вам потребне додатне компоненте-помислите на графитна ребра или топлотне цеви-да бисте обавили посао.
Хлађење топлотних цеви (топлотна проводљивост)
Топлотне цеви су у основи запечаћене металне цеви са мало течности унутра. Они брзо померају топлоту тако што пуштају да течност стално испарава и кондензује, тако да једва губите температуру успут. У батеријама, замислите топлотне цеви као термичке „суперпроводнике“. Можете да их угурате у модуле или их причврстите директно на ћелије да бисте у журби повукли топлоту са врућих тачака. Понекад топлотна цев само одводи топлоту у хладније подручје или директно у мрежу хладних{4}}плоча. По својој дужини, они заправо проводе топлоту хиљадама пута боље од чврстог бакра, што их чини савршеним за управљање локалним жаришним тачкама. Често ћете их видети уграђене у системе са -хлађењем течношћу-попут хладних плоча-како би помогли да се температуре распореде по целом модулу.
Предности:Они имају невероватну топлотну проводљивост, тако да веома добро шире топлоту бочно. Када повежете удаљене{1}}ћелије, оне помажу у равнотежи температуре, што смањује цео проблем „најслабије ћелије“. Осим тога, раде самостално-и није им потребна струја.
Ограничења:Обично их људи користе само за спот хлађење, а не као главни систем хлађења. Морате их добро запечатити и обратити посебну пажњу на то како постављате структуру фитиља. Они такође повећавају трошкове и чине дизајн паковања компликованијим. И на крају, још увек вам треба нешто друго, попут хладне плоче, да бисте заправо избацили топлоту из паковања.
Поређење метода хлађења
Ево суштине: свака метода хлађења има своје предности и главобоље.
Ваздушно хлађење:То је прљаво и једноставно. Једва да вам треба додатна опрема, али искрено, једноставно је не сече за озбиљне врућине. Температуре скачу около и не може да издржи ако снажно гурате батерију. Заиста функционише само за старе{3}}старе школе или возила мале снаге{4}.
Течно хлађење:Ту слеће већина модерних електричних возила. Одржава ствари уједначеним и хладним, чак и током брзог пуњења. Наравно, ради одлично, али сада имате посла са пумпама, цевима и заптивкама-плус додатном тежином и трошковима. Ипак, то је стандард за било шта средње{4}}и боље.
ПЦМ баферовање:Некако је паметно. Упија скокове топлоте без употребе енергије, али када се напуни, престаје да помаже. Људи га обично упарују са течним хлађењем за додатни пуфер.
Топлотне цеви:Они су као ласерски{0}}усредсређени на решавање проблема. Они брзо уклањају топлоту са жаришта и помажу да се ствари изједначе, али вам је и даље потребно нешто друго-као што је расхладни елемент-да бисте заправо избацили топлоту. Они сијају као део већег система, а не сами.
Напредне методе (настајуће):Потапањем, на пример, хлађење буквално потопи батерију у посебну течност. Овај метод одводи топлоту невероватно брзо-савршено ако желите ултра-брзо пуњење. Али управљање течношћу постаје тешко. Неки премијум ЕВ-ови чак користе расхладно средство за климатизацију аутомобила за директно хлађење батерије, што је супер ефикасно, али није баш једноставно за извлачење.
Утицај на безбедност, перформансе и век трајања батерије
Управљање топлотом није само технички детаљ-већ је велика ствар за безбедност и перформансе ЕВ. Када се батерије превише загреју, шанса од пожара или чак експлозије се повећава. Прегријавање може покренути нешто што се зове термални бијег, гдје ћелије у основи започињу ланчану реакцију и загревају се још више. То је опасно за све, не само за људе у аутомобилу, већ и за оне који прве реагују.
Али не ради се само о томе да останете хладни. Ако систем не управља добро топлотом, батерије брже старе. Постоји правило: сваки пут када се температура попне за 10 степени изнад „слатке тачке“, век батерије се преполови. Гурните их јако на око 50 степени и видећете да губе око 60% свог капацитета након само неколико стотина циклуса.
Ни хладноћа није сјајна. На ниским температурама, батерије се боре јер јони не могу тако слободно да се крећу. То значи мање енергије, спорије пуњење и свеукупно слаб одзив. И ево нечега што људи понекад заборављају: чак и температура у свим ћелијама је кључна. Ако неке ћелије раде топлије или хладније од других, цео пакет батерија завршава на нивоу најслабије ћелије. То убија капацитет и скраћује век батерије.
безбедност:Одржавање ћелија хладним спречава их да се прегреју и запале. Добро хлађење није само лепо имати-то је кључни део безбедносног плана сваког возила.
Перформансе:Батерије најбоље раде између 20 и 40 степени Целзијуса. Превише хладно, и једноставно не могу да испоруче снагу коју желите. Превруће, и добијате већи отпор и брзо губите напон.
Трајање батерије: Када одржавате температуру стабилном и хладном, ћелије трају дуже и не троше се тако брзо. Равномерна температура у целом паковању значи да ниједна ћелија није превише притиснута. Искрено, солидан систем хлађења може учинити да батерија траје више него двоструко дуже од оне која је стално врућа.
Нове технологије и трендови
ЕВ батерије постају моћније и пуне се брже него икад, тако да постоји прави подстицај за бољу технологију хлађења. Имерзијско хлађење тренутно привлачи велику пажњу. Једноставно је: потопите ћелије батерије право у специјалну течност која не проводи струју, што омогућава да топлота брже излази. Таква врста подешавања може да поднесе озбиљну топлоту-довољну да лудо-брзо пуњење, попут преко 1000 кВ, заиста функционише.
Неки људи користе сопствено расхладно средство за климатизацију аутомобила за хлађење батерија, што посебно добро функционише када је напољу вруће. Такође се много бруја око идеја као што су двофазни системи, где расхладна течност кључа да однесе топлоту, или микроканали-супер сићушни пролази који још брже одводе топлоту.
Поврх тога, истраживачи се баве термоелектричним модулима и специјалним површинама које зраче топлоту, било за хлађење на месту или само за пасивно ослобађање додатне топлоте. Наука о материјалима је такође у игри. Људи мешају ствари са високом{2}}проводљивошћу у материјале за фазну{3}}промену или праве пене од нано{4}}структурисаног графита, све да би помогли да батерије остану хладне без много додатног напора.
А ту је и софтверска страна. Системи за управљање батеријом постају паметнији, користећи напредне алгоритме, па чак и вештачку интелигенцију за предвиђање и контролу хлађења у реалном времену. Све заједно, ово је прилично узбудљиво време за управљање термичком батеријом.
Изазови дизајна и ОЕМ разматрања
Уградња система за термичко управљање батеријом (ТМС) у аутомобил није лака. Произвођачи морају много да жонглирају - како би систем добро функционисао без повећања трошкова, тежине или конзумирања драгоценог простора. Течно хлађење и велики измењивачи топлоте, на пример, заузимају простор испод пода или хаубе и нагомилавају више килограма, што може да смањи било какву повећање ефикасности. Подешавања високог{4}}напона (мислимо на 400 до 800 волти) доносе сопствене главобоље, захтевајући врхунску-изолацију и безбедност за све делове расхладне течности. Свако коло и конектор морају да погоде строге ознаке пузања и размака и да издрже грубе вибрације и дивље промене температуре.
Онда је време за размишљање. На хладним местима, батеријама су потребни грејачи - било ПТЦ или топлотна пумпа - да би се брзо загрејале на температуру. То само нагомилава више сложености. И не заборавите на одржавање и поузданост. Пумпе, вентили, сензори - сваки додају још једну ствар која би могла да поквари. Дакле, на крају, инжењери морају пронаћи прави баланс. Треба да учине ТМС што једноставнијим без жртвовања домета, трошкова или, што је најважније, безбедности и трајања батерије. То је зезнута загонетка са пуно решења.
Интеграција са архитектуром возила
Термални систем батерије ради упоредо са ХВАЦ и погонским склопом аутомобила. У многим електричним возилима наћи ћете заједничке петље за хлађење-иста топлотна пумпа или компресор наизменичне струје и кондензатор управљају и кабином и батеријом, само у различитим режимима. Дакле, рецимо да је лето: АЦ хлади батерију користећи заједнички испаривач. Када је напољу хладно, топлота коју одаје кондензатор батерије може помоћи да се загреје кабина. Обично инжењери постављају одвојене петље за расхладну течност-једну за батерију (пролази кроз њене хладне плоче), другу за кабину или мотор-а затим их везују заједно са плочастим измењивачима топлоте када треба да преносе топлоту. Контролни системи повлаче конце иза кулиса: систем управљања батеријом и термални контролер одлучују колико брзо пумпе и вентилатори раде и где треба да буду вентили, а све на основу онога што ћелије батерије и остатак аутомобила раде. А са новим -напонским подешавањима, термални и електрични дизајн се још више запетљају-ови компактни системи од 800 В значе да сваки термални део мора да се уклапа у тесан простор и правила изолације. На крају, пројектовање целог система управљања топлотом претвара се у велику загонетку и све морате оптимизовати заједно.
ПоверВинкобезбеђује напредне компоненте за управљање топлотом ЕВ и прилагођена решења за хлађење батерија. Са дубоком стручношћу у дизајну измењивача топлоте и система за хлађење, ПоверВинк помаже ОЕМ произвођачима да интегришу прецизне модуле за хлађење у своје батерије. Наша прилагођена решења обезбеђују ефикасно одвођење топлоте и уједначену контролу температуре, побољшавајући безбедност батерије, перформансе и дуговечност у савременим електричним возилима.
ЕВ решење за управљање топлотом
ЕВ решење за управљање топлотом
