Neposredno hlajenje v primerjavi s tekočinskim hlajenjem za vozila z novo energijoBaterijski paketi:
Načela, prednosti in slabosti
I. Zakaj so baterije "občutljive na toploto in mraz"?
Zmogljivost električnih baterij je močno povezana s temperaturo: nad 45 stopinj se upad zmogljivosti pospeši, življenjska doba cikla pa se lahko skrajša za več kot 30 %; nad 60 stopinj se elektrolit razgradi, film SEI poči in v hudih primerih se sproži toplotni umik. Pri nizkih temperaturah se poveča notranji upor, med polnjenjem pride do litijskega prevleke in zmanjša se doseg. Optimalno delovno območje za litij-ionske baterije na splošno velja za 25–40 stopinj, v tehniki pa temperaturna razlika celice<5℃ within the pack is generally considered an optimization target (high-end models aim for <2℃), but this is not a mandatory national standard. The three main tasks of a thermal management system are: heat dissipation, heating, and maintaining temperature consistency.
Trenutno obstajajo štiri glavne vrste aktivnega hlajenja za osebna vozila, razvrščene od najpogostejših do najbolj agresivnih:
• Pasivno zračno hlajenje (naravno hlajenje): Zanaša se na naravno konvekcijo skozi rebra za izmenjavo toplote paketa baterij. Ne porabi nič energije in ima najnižje stroške, vendar je odvajanje toplote izjemno počasno. Postopoma so ga umaknili iz običajnih osebnih vozil in ga najdemo samo v zgodnjih-avtomobilih za nizke hitrosti.
• Aktivno zračno hlajenje: uporablja ventilator za prisilno konvekcijo. Ima preprosto strukturo in je poceni za vzdrževanje, vendar je toplotna prevodnost zraka le 0,026 W/(m·K), kar ima za posledico nizko učinkovitost pri visokih temperaturah. Večinoma ga najdemo v začetni-avtomobilih s ceno pod 100.000 RMB (kot so nekatera vozila MINI Wuling Hongguang in BAIC New Energy).
• Tekočinsko hlajenje: trenutno standardno v vozilih srednjega-do-višjega-razreda. Hladilna tekočina (vodna raztopina etilen glikola) kroži, da odstrani toploto, pri čemer omogoča hitro-odvajanje toplote pri polnjenju in nizko-temperaturno ogrevanje, in ima glavni tržni delež.
• Neposredno hlajenje s hladilnim sredstvom: hladilno sredstvo klimatske naprave se dovaja neposredno v uparjalnik znotraj paketa baterij, s čimer se doseže absorpcija toplote s fazno spremembo razdalje "nič-razdalje", kar ima za posledico najvišjo učinkovitost.
▸ Potopno hlajenje (nastajajoča tehnologija): majhne-serijske instalacije po letu 2024, veliko-serijska proizvodnja še ni na voljo; celice baterije so potopljene v izolacijsko hladilno sredstvo (fluorirana tekočina/sintetični ester), kar ima za posledico najbolj enakomerno odvajanje toplote, vendar z visokimi stroški in težavami pri vzdrževanju; trenutno ga le majhno število modelov uporablja kot pilotno možnost.
Liquid Cooling:Osnovni koncepti in načela
Tekočinsko hlajenje uporablja hladilno sredstvo (običajno vodno raztopino etilenglikola s toplotno prevodnostjo približno 0,5 W/(m·K)) kot medij za izmenjavo toplote. Vodna črpalka poganja hladilno tekočino, da kroži po kanalih znotraj paketa baterij, absorbira toploto, preden doseže hladilnik (hladilnik baterije), da izmenja toploto s hladilnim sredstvom klimatske naprave za hlajenje in se nato vrne na hladilno ploščo. Glavne komponente: električni kompresor → hladilnik → električna vodna črpalka → plošča za hlajenje s tekočino → ohišje ventila (štiri-smerni/ose-potni) → PTC grelnik.
Prednosti
• Optimalna enakomernost temperature, nadzor razlike v temperaturi celice znotraj ±2 stopinj, neposredno podaljšanje življenjske dobe in izboljšanje konsistence;
• Razvita tehnologija in dobro{0}}uveljavljena dobavna veriga, ki predstavlja trenutno glavno rešitev na trgu;
• Poglobljena integracija s toplotnim upravljanjem vozila (rekuperacija odpadne toplote motorja, toplotna črpalka kabine) in možnost dodajanja PTC za nizko-temperaturno ogrevanje;
• Modularno zamenljive hladilne plošče za enostavno vzdrževanje.
Slabosti
• Kompleksen sistem z več komponentami, kar povzroči približno 15–20 % višje začetne stroške;
• Dodatna vodna črpalka in krog hladilne tekočine povečata težo vozila, poraba energije vodne črpalke pa vpliva na doseg;
• Nevarnost puščanja hladilne tekočine, ki zahteva redne kontrole nivoja hladilne tekočine;
• Posledica posredne izmenjave toplote je počasnejša odzivnost v primerjavi z neposrednim hlajenjem pri visokih stopnjah polnjenja.
Neposredno hlajenje: osnovni pojmi in principi
Neposredno hlajenje s hladilnim sredstvom močno povezuje hladilni sistem akumulatorja s klimatskim sistemom-, tako da uparjalnik klimatske naprave v bistvu postavi neposredno v paket baterij. Hladilno sredstvo (glavni tok R134a, R1234yf, latentna toplota fazne spremembe > 200 kJ/kg) izhlapi in absorbira toploto znotraj neposredne-hladilne plošče ter neposredno odnaša toploto iz celice baterije. Glavne komponente: električni kompresor → kondenzator → elektronski ekspanzijski ventil → neposredna-hladilna plošča → plin-separator tekočine, kar odpravlja potrebo po vodni črpalki, hladilnem krogu in hladilniku.
Prednosti
• Odpravlja sekundarno stopnjo izmenjave toplote, zmanjša toplotni upor za približno 40 % in poveča učinkovitost izmenjave toplote (stopnja izmenjave toplote) za 20 %–50 % v primerjavi s hlajenjem s tekočino (več simulacij in laboratorijskih testov, ki se spreminjajo glede na delovne pogoje; to se nanaša na zmanjšanje toplotnega upora v fazi izmenjave toplote, kar ni nujno ustrezno izboljšanje splošne energetske učinkovitosti vozila);
• Lažji in bolj kompakten sistem (približno 30 % manjša prostornina), ugoden za vozila z omejitvami podvozja;
• Odpravlja neprekinjeno porabo energije vodne črpalke, potencialno zmanjša porabo energije za približno 0,8 kWh na 100 kilometrov pod enakimi pogoji delovanja (ocena simulacije enega -vozila, ki niha glede na razmere na cesti in temperaturo okolja, samo za referenco);
• Združljivo s super{1}}hitrim 800 V polnjenjem, ki lahko vzdržuje 4C ali celo višje stopnje brez pregrevanja.
Slabosti
• Plošče za neposredno hlajenje imajo izredno visoko odpornost na pritisk in zahteve glede tesnjenja, kar povzroča visoke proizvodne in montažne ovire;
• Zaradi dvo{0}}faznega toka je težko nadzorovati enakomernost temperature: v pogojih nizke temperature in nizke obremenitve je hladilno sredstvo nagnjeno k neenakomerni porazdelitvi plin-tekočine znotraj neposredne hladilne plošče, kar vodi do lokalnega prekomernega ohlajanja ali nezadostne izmenjave toplote in znatnega zmanjšanja enakomernosti temperature;
• Puščanje hladilnega sredstva bo neposredno onesnažilo baterijski modul; visoka integracija pomeni, da popravila pogosto zahtevajo popolno zamenjavo, kar povzroči visoke stroške;
• Strategije nadzora so kompleksne (proti-zmrzovanju, proti-prekomernemu ohlajanju), tehnološka zrelost pa nižja kot pri hlajenju s tekočino.
