Šilumos valdymo svarba EV baterijų paketuose
Kad elektrinės transporto priemonės važiuotų saugiai ir efektyviai, tikrai reikia valdyti šilumą. Ličio-jonų akumuliatoriai yra išrankūs-jie mėgsta 20–40 laipsnių Celsijaus temperatūrą. Stumkite juos karščiau, ir jūs prašote problemų. Pradeda irti elektrolitas, storėja SEI sluoksnis, o dar to nepažinus akumuliatorius praranda talpą, tampa mažiau efektyvus, o blogiausiu atveju daiktai užsiliepsnoja ar net sprogsta.
Šaltas oras nėra daug malonesnis. Kai temperatūra nukrenta, akumuliatoriaus chemija sulėtėja. Vidinis pasipriešinimas didėja. Staiga negaunate reikiamos galios ar įkrovimo greičio. Net nedidelis skirtumas-tik penkių-laipsnių pokytis tarp ląstelių-sukelia netolygų senėjimą. Kai kurios ląstelės pasensta anksčiau laiko, o kitos atsilieka.
Taigi, esmė? Kiekvienoje ląstelėje esant maždaug tokiai pačiai temperatūrai, viskas ne tik tampa saugesnė. Dėl to automobilis veikia geriausiai, o akumuliatorius tarnaus daug ilgiau.
Oro aušinimas EV baterijų paketams
Oro aušinimas veikia perkeliant orą virš akumuliatoriaus arba per jį, kad pašalintų šilumą. Kartais automobiliui važiuojant juda tik oras (tai pasyvus), kartais ventiliatoriai ar pūstuvai atlieka darbą (tai yra aktyvūs). Visa sąranka nesudėtinga-be jokio sudėtingo santechnikos, nėra daug papildomo svorio ir pigu. Štai kodėl tai matote ankstyvuosiuose elektromobiliuose ar mažesnėse transporto priemonėse. Juose naudojami tik ortakiai ir keli ventiliatoriai-be skysčių ar sunkių dalių.
Bet yra laimikis. Oras tiesiog nėra puikus šilumos pernešimui. Jis yra mažiau tankus nei skystis, todėl negali sugerti daug energijos. Kai akumuliatoriai pradeda sunkiai dirbti, ypač greito įkrovimo ar intensyvaus naudojimo metu, oro aušinimas atsilieka. Jis tiesiog negali išlaikyti visų elementų pastovios temperatūros arba atlaikyti šiuolaikinių elektromobilių išpumpuojamo karščio. Šiomis dienomis oro aušinimas veikia tik paprasčiausioms akumuliatorių sąrankoms. Viskam, kas reikalauja daugiau, reikia kažko geresnio.
Privalumai:Tai paprasta sąranka-tik keletas dalių, todėl ji išlieka lengva ir nereikalauja daug priežiūros. Nereikia jaudintis dėl aušinimo skysčio nutekėjimo, o kai automobilis juda, jis gali panaudoti pro šalį besiveržiantį orą, kad padėtų atvėsti.
Apribojimai:Aušinimo galia yra gana silpna. Karštosios vietos iškyla greitai, ypač jei stipriai stumiate automobilį arba greitai kraunate, nes oras tiesiog netinkamai judina šilumą. Dėl to komponentai gali greičiau susidėvėti arba netgi gali išsijungti sistema. Sąžiningai, šis metodas tiesiog negali neatsilikti nuo didelio-našumo ar daug energijos{4}}varančių elektrinių automobilių.
Aušinimas skysčiu elektromobilių baterijų paketams
Skysčiu aušinimas yra pasirinkimas daugeliui vidutinio- ir didelio našumo{2}}elektrinių automobilių šiais laikais. Štai kaip tai veikia: siurblys stumia aušinimo skystį-paprastai vandens-glikolio mišinį-per kanalus arba šaltas plokštes, kurios priglunda prie akumuliatoriaus elementų. Kai aušinimo skystis pasiima šilumą iš baterijų, jis pereina į šilumokaitį, kuris išleidžia tą šilumą naudodamas orą arba šaltnešį. Kadangi skysčiai perneša šilumą daug geriau nei oras, šios sistemos palaiko pastovią ir vienodą akumuliatoriaus temperatūrą. Štai kodėl beveik visose ilgo nuotolio{10}}elektrinėse transporto priemonėse naudojami skysčiu{11}}aušinami akumuliatoriai. Dėl geresnio šilumos pašalinimo šie paketai gali atlaikyti didesnę galią ir ypač{13}}sparčiai įkrauti neperkaisdami.
Privalumai:Skystas aušinimas greitai pašalina šilumą ir palaiko vienodą temperatūrą visose ląstelėse. Tai reiškia, kad baterijos tarnauja ilgiau ir greičiau įkraunate. Aušinimo skystis yra daug geresnis nei oras judant šilumai, todėl šios pakuotės gali atlaikyti didelį įkrovimo greitį be prakaito.
Trūkumai:Jūs gaunate sudėtingesnę ir sunkesnę sistemą. Norint juos valdyti, reikia siurblių, žarnų, šilumokaičių ir visos elektronikos, ir viskas turi būti sandariai užsandarinta. Taip pat reikia daugiau prižiūrėti,-gali sugesti siurbliai ar vožtuvai, o nuotėkis yra tikra problema. Be to, visos šios papildomos dalys užima vietą ir prideda svorio, o tai šiek tiek sumažina bendrą jūsų efektyvumą.
Fazė{0}}Keisti medžiagą (PCM) aušinimas
Fazinio{0}}pakeitimo medžiagos arba PCM veikia kaip baterijų šiluminiai amortizatoriai. Paprastai juos rasite kaip vašką arba druskas, įterptas aplink ląsteles. Kai akumuliatorius įšyla iki tam tikro taško, PCM išsilydo ir sugeria daug energijos, kai iš kietos medžiagos tampa skysta. Jei viskas vėl atvės, ji sukietėja ir išleidžia sukauptą šilumą atgal. Šis procesas padeda suvaldyti temperatūros šuolius, ypač greitų sprogimų metu,{5}}pavyzdžiui, kai stipriai paspaudžiate akceleratoriaus pedalą arba įjungiate greitą įkrovimą.
Privalumai:Jis yra visiškai pasyvus, todėl jums nereikia jokios energijos, kad jį paleistumėte. Jokių ventiliatorių, jokių siurblių-tik sistema, kuri tyliai išlygina temperatūros šuolius. PCM apsaugo ląsteles nuo trumpų karščio pliūpsnių ir padeda palaikyti saugią pakuotės temperatūrą, kai atsiranda staigi apkrova.
Apribojimai:Minusas? PCM patys nelabai gerai perkelia šilumą. Baigę keisti fazę, jie nebegali sugerti šilumos. Jei susiduriate su nuolat aukšta temperatūra, pasyvaus aušinimo nepakanka. Norint iš tikrųjų pašalinti šilumą nuo PCM, paprastai reikia papildomų komponentų, -pavyzdžiui, grafito briaunų ar šilumos vamzdžių-, kad atliktumėte darbą.
Šilumos vamzdžių aušinimas (šilumos laidumas)
Šilumos vamzdžiai iš esmės yra sandarūs metaliniai vamzdžiai, kurių viduje yra šiek tiek skysčio. Jie greitai perkelia šilumą, leisdami skysčiui nuolat išgaruoti ir kondensuotis, todėl pakeliui vos prarandate temperatūrą. Akumuliatorių paketuose šilumos vamzdžius įsivaizduokite kaip šilumos „superlaidininkus“. Galite juos įdėti į modulius arba pritvirtinti tiesiai prie elementų, kad skubėdami atitrauktumėte šilumą nuo karštų taškų. Kartais šilumos vamzdis tiesiog nukreipia šilumą į vėsesnę vietą arba tiesiai į šalto- plokščių tinklą. Per savo ilgį jie iš tikrųjų praleidžia šilumą tūkstančius kartų geriau nei kietasis varis, todėl jie puikiai tinka vietiniams karštiesiems taškams valdyti. Dažnai matysite, kad jie yra įmontuoti į skysčiu -aušinamas sistemas,-pvz., šaltas lėkštes-, kad padėtų paskirstyti temperatūrą visame modulyje.
Privalumai:Šie turi neįtikėtiną šilumos laidumą, todėl labai gerai paskirsto šilumą į šoną. Kai prijungiate toli-atsilikusius elementus, jie padeda subalansuoti temperatūrą, o tai sumažina visą „silpniausios ląstelės“ problemą. Be to, jie veikia savarankiškai,-nereikia energijos.
Apribojimai:Paprastai žmonės juos naudoja tik taškiniam vėsinimui, o ne kaip pagrindinę aušinimo sistemą. Turite juos tinkamai užsandarinti ir atidžiai stebėti, kaip nustatote dagčio struktūrą. Jie taip pat padidina išlaidas ir apsunkina pakuotės dizainą. Ir galų gale jums vis tiek reikia kažko kito, pavyzdžiui, šaltos lėkštės, kad iš tikrųjų pašalintumėte šilumą iš pakuotės.
Aušinimo metodų palyginimas
Štai esmė: kiekvienas vėsinimo būdas turi savo stipriąsias puses ir galvos skausmą.
Oro aušinimas:Tai nešvaru, pigu ir mirtinai paprasta. Jums beveik nereikia jokios papildomos įrangos, bet, tiesą sakant, tai tiesiog neapsaugo nuo rimtų karščių. Temperatūra šokinėja, ir ji negali neatsilikti, jei stipriai stumiate akumuliatorių. Jis tikrai veikia tik senos-mokyklinės klasės ar mažai{4}}galios EV.
Aušinimas skysčiu:Čia nusileidžia dauguma šiuolaikinių elektromobilių. Jis išlaiko daiktus tolygiai ir vėsiai net greito įkrovimo metu. Žinoma, jis veikia puikiai, bet dabar turite reikalų su siurbliais, vamzdžiais ir sandarikliais-, taip pat papildomu svoriu ir kaina. Vis dėlto tai yra vidutinės-ar geresnio diapazono standartas.
PCM buferis:Tai savotiškai protinga. Jis sugeria karščio šuolius nenaudodamas jokios energijos, bet kai jis pilnas, jis nustoja padėti. Žmonės paprastai suporuoja jį su skystu aušinimu, kad gautų papildomą buferį.
Šilumos vamzdžiai:Jie yra tarsi lazeriniai{0}}problemų sprendėjai. Jie greitai pašalina šilumą nuo karštųjų taškų ir padeda išlyginti reikalus, tačiau vis tiek reikia kažko kito,-pvz., aušintuvo-, kad iš tikrųjų pašalintumėte šilumą. Jie šviečia kaip didesnės sistemos dalis, o ne savaime.
Išplėstiniai metodai (nauji):Pavyzdžiui, panardinamasis aušinimas tiesiogine prasme panardina akumuliatorių į specialų skystį. Šis metodas neįtikėtinai greitai pašalina šilumą-tobulai, jei norite itin-greito įkrovimo. Tačiau tvarkyti skystį tampa sudėtinga. Kai kurie aukščiausios kokybės elektromobiliai netgi naudoja automobilio oro kondicionavimo šaltnešį, kad tiesiogiai atvėsintų akumuliatorių, o tai yra labai efektyvu, bet ne visai paprasta išimti.
Poveikis saugai, našumui ir akumuliatoriaus veikimo trukmei
Šilumos valdymas – tai ne tik techninė detalė,{0}}tai labai svarbu EV saugai ir našumui. Kai baterijos įkaista per daug, gaisro ar net sprogimo tikimybė labai padidėja. Perkaitimas gali sukelti vadinamąjį terminį pabėgimą, kai ląstelės iš esmės pradeda grandininę reakciją ir dar labiau įkaista. Tai pavojinga visiems, ne tik automobilyje esantiems žmonėms, bet ir pirmiesiems gelbėtojams.
Bet tai ne tik apie tai, kaip išlikti šaltam. Jei sistema blogai valdo šilumą, baterijos sensta greičiau. Galioja nykščio taisyklė: kiekvieną kartą, kai temperatūra pakyla 10 laipsnių aukščiau saldžiosios vietos, baterijos veikimo laikas sutrumpėja per pusę. Stipriai stumkite juos maždaug 50 laipsnių kampu ir pamatysite, kad vos po kelių šimtų ciklų jie praras apie 60 % savo talpos.
Šaltis taip pat nėra puiku. Esant žemai temperatūrai, akumuliatoriai kenčia, nes jonai negali judėti taip laisvai. Tai reiškia mažiau energijos, lėtesnį įkrovimą ir tiesiog vangų atsaką. Ir štai ką žmonės kartais pamiršta: vienoda temperatūra visose ląstelėse yra labai svarbi. Jei kai kurie elementai veikia karštiau arba šaltiau nei kiti, visas akumuliatoriaus blokas veikia silpniausio elemento lygyje. Tai sumažina talpą ir sutrumpina akumuliatoriaus tarnavimo laiką.
Sauga:Laikant ląsteles vėsiai, jos neperkaista ir neužsidega. Geras vėsinimas yra ne tik malonu turėti-, tai yra pagrindinė bet kurios transporto priemonės saugos plano dalis.
Našumas:Baterijos geriausiai veikia nuo 20 iki 40 laipsnių Celsijaus. Per šalta, ir jie tiesiog negali tiekti norimos galios. Per karšta, padidėja pasipriešinimas ir greitai prarandama įtampa.
Baterijos veikimo laikas: Kai palaikote pastovią ir vėsią temperatūrą, ląstelės tarnauja ilgiau ir ne taip greitai susidėvi. Tolygi temperatūra visoje pakuotėje reiškia, kad nė viena ląstelė nebus per stipriai spaudžiama. Sąžiningai, dėl tvirtos aušinimo sistemos akumuliatorius gali tarnauti daugiau nei dvigubai ilgiau nei tas, kuris visą laiką įkaista.
Naujos technologijos ir tendencijos
EV baterijos tampa galingesnės ir įkraunamos greičiau nei bet kada anksčiau, todėl yra tikras postūmis tobulinti aušinimo technologijas. Panardinamasis aušinimas šiuo metu sulaukia daug dėmesio. Tai paprasta: panardinkite akumuliatoriaus elementus tiesiai į specialų skystį, kuris nepraleidžia elektros, todėl šiluma greičiau pasišalina. Tokia sąranka gali atlaikyti pakankamai karštį-, kad beprotiškai-greitas įkrovimas, pvz., daugiau nei 1000 kW, iš tikrųjų veiktų.
Kai kurie žmonės akumuliatoriams vėsinti naudoja automobilio oro kondicionieriaus šaltnešį, kuris ypač gerai veikia, kai lauke karšta. Taip pat daug triukšmo kyla dėl idėjų, pvz., dviejų-fazių sistemų, kai aušinimo skystis užverda, kad pašalintų šilumą, arba mikrokanalai-, kurie dar greičiau pašalina šilumą.
Be to, mokslininkai tobulina termoelektrinius modulius ir specialius paviršius, kurie išspinduliuoja šilumą, kad būtų galima vėsinti vietoje arba tiesiog pasyviai išleisti papildomą šilumą. Medžiagų mokslas taip pat yra žaidime. Žmonės maišo didelio-laidumo medžiagas į fazinio-pakeitimo medžiagas arba formuoja putas iš nano-struktūrinio grafito, kad baterijos išliktų vėsios be didelių pastangų.
Ir tada yra programinės įrangos pusė. Akumuliatoriaus valdymo sistemos darosi vis išmanesnės, naudodamos pažangius algoritmus ir net dirbtinį intelektą, kad prognozuotų ir valdytų aušinimą realiuoju laiku. Kartu tai gana įdomus laikas akumuliatoriaus šilumos valdymui.
Dizaino iššūkiai ir OĮG svarstymai
Sukurti akumuliatoriaus šilumos valdymo sistemą (TMS) automobilyje nėra lengva. Gamintojai turi daug žongliruoti -, kad sistema veiktų gerai, nepadidintų sąnaudų, svorio ir neužimtų brangios vietos. Pavyzdžiui, skystas aušinimas ir dideli šilumokaičiai užima vietą po grindimis arba gaubtu ir priauga daugiau svarų, o tai gali sumažinti bet kokį efektyvumo padidėjimą. Aukštos-įtampos sąrankos (pagalvokite, 400–800 voltų) sukelia galvos skausmą, todėl visos aušinimo skysčio dalys reikalauja aukščiausios kokybės izoliacijos ir saugos. Kiekviena grandinė ir jungtis turi atitikti griežtas šliaužimo ir tarpo žymes ir atlaikyti šiurkščias vibracijas bei laukinius temperatūros svyravimus.
Tada reikia galvoti apie orą. Šaltose vietose akumuliatoriams reikia šildytuvų -, PTC arba šilumos siurblio -, kad jie greitai sušiltų. Tai tik padidina sudėtingumą. Nepamirškite priežiūros ir patikimumo. Siurbliai, vožtuvai, jutikliai - kiekvienas prideda dar vieną dalyką, kuris gali sugesti. Taigi, galiausiai inžinieriai turi rasti tinkamą pusiausvyrą. Jie turi padaryti TMS kuo paprastesnį, neprarandant diapazono, kainos arba, svarbiausia, saugos ir akumuliatoriaus veikimo trukmės. Tai keblus galvosūkis, kurio sprendimas yra labai sudėtingas.
Integracija su transporto priemonių architektūra
Akumuliatoriaus šiluminė sistema veikia kartu su automobilio ŠVOK ir jėgos agregatu. Daugelyje elektrinių transporto priemonių rasite bendras šaldymo kilpas-tas pats šilumos siurblys arba kintamosios srovės kompresorius ir kondensatorius valdo ir saloną, ir akumuliatorių, tik skirtingais režimais. Taigi, tarkime, kad vasara: kintamoji srovė aušina akumuliatorių naudodama bendrą garintuvą. Kai lauke šalta, akumuliatoriaus kondensatoriaus skleidžiama šiluma gali padėti sušildyti saloną. Paprastai inžinieriai įrengia atskiras aušinimo skysčio kilpas-vieną akumuliatoriui (tekančiam per šaltas plokštes), kitą – salonui arba varikliui-ir tada sujungia jas su plokšteliniais šilumokaičiais, kai reikia perkelti šilumą. Valdymo sistemos traukia užkulisius: akumuliatoriaus valdymo sistema ir šilumos valdiklis nusprendžia, kaip greitai veikia siurbliai ir ventiliatoriai bei kur turi būti vožtuvai – visa tai pagal tai, ką veikia akumuliatoriaus elementai ir visa kita automobilio dalis. O naudojant naujas aukštos{9} įtampos sąrankas, šiluminė ir elektros konstrukcija dar labiau susipainioja-šios kompaktiškos 800 V sistemos reiškia, kad kiekviena šiluminė dalis turi atitikti siaurą erdvę ir atitikti izoliacijos taisykles. Galų gale visos šilumos valdymo sistemos projektavimas virsta dideliu galvosūkiu, ir jūs turite viską optimizuoti kartu.
PowerWinxteikia pažangius EV šilumos valdymo komponentus ir pritaikytus akumuliatoriaus aušinimo sprendimus. Turėdamas didelę patirtį šilumokaičių ir aušinimo sistemų projektavimo srityje, „PowerWinx“ padeda originalios įrangos gamintojams integruoti tikslius aušinimo modulius į savo akumuliatorių paketus. Mūsų pritaikyti sprendimai užtikrina efektyvų šilumos šalinimą ir vienodą temperatūros kontrolę, pagerina akumuliatoriaus saugumą, našumą ir ilgaamžiškumą šiuolaikinėse elektromobiliuose.
EV šilumos valdymo sprendimas
EV šilumos valdymo sprendimas
