Răcire directă vs. răcire cu lichid pentru vehicule cu energie nouăPachete de baterii:
Principii, avantaje și dezavantaje
I. De ce bateriile sunt „sensibile atât la căldură, cât și la frig”?
Performanța bateriilor de putere este strâns corelată cu temperatura: peste 45 de grade, scăderea capacității se accelerează, iar ciclul de viață poate fi scurtat cu mai mult de 30%; peste 60 de grade, electrolitul se descompune, filmul SEI se rupe și, în cazuri severe, se declanșează evadarea termică. La temperaturi scăzute, rezistența internă crește, placarea cu litiu are loc în timpul încărcării și raza de acțiune este redusă. Intervalul optim de funcționare pentru bateriile cu litiu-ion este în general considerat a fi de 25–40 de grade, iar în inginerie, o diferență de temperatură a celulei de<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.
În prezent, există patru tipuri principale de răcire activă pentru vehiculele de pasageri, clasate de la cea mai comună la cea mai agresivă:
• Răcire pasivă cu aer (răcire naturală): se bazează pe convecția naturală prin aripioarele de schimb de căldură ale acumulatorului. Nu consumă energie și are cel mai mic cost, dar disiparea căldurii este extrem de lentă. Acesta a fost eliminat treptat din vehiculele de pasageri obișnuite și se găsește numai în mașinile cu viteză mică-primare.
• Răcire activă cu aer: folosește un ventilator pentru a forța convecția. Are o structură simplă și este ieftin de întreținut, dar conductivitatea termică a aerului este de numai 0,026 W/(m·K), rezultând o eficiență scăzută la temperaturi ridicate. Se găsește mai ales în mașinile de nivel de intrare-la prețuri sub 100.000 RMB (cum ar fi unele MINI Wuling Hongguang și vehicule BAIC New Energy).
• Răcire cu lichid: în prezent, standard pentru vehiculele de gamă medie-și-înaltă-. Lichidul de răcire (soluție apoasă de etilenglicol) circulă pentru a îndepărta căldura, găzduind atât disiparea căldurii de încărcare rapidă, cât și încălzirea la temperatură joasă-și deține cota de piață principală.
• Răcire directă cu agent frigorific: agentul frigorific pentru aer condiționat este introdus direct în evaporator din interiorul pachetului de baterii, obținând o absorbție de căldură cu schimbare de fază la „distanță zero-, rezultând cea mai mare eficiență.
▸ Răcire prin imersie (tehnologie emergentă): instalații în loturi mici-după 2024, producția de masă la scară mare-nu este încă disponibilă; celulele bateriei sunt scufundate în lichid de răcire izolator (lichid fluorurat/ester sintetic), rezultând cea mai uniformă disipare a căldurii, dar cu costuri ridicate și dificultate de întreținere; în prezent, doar un număr mic de modele îl folosesc ca opțiune pilot.
Liquid Cooling:Concepte și principii de bază
Răcirea cu lichid folosește un agent de răcire (de obicei o soluție apoasă de etilenglicol, cu o conductivitate termică de aproximativ 0,5 W/(m·K)) ca mediu de schimb de căldură. O pompă de apă conduce lichidul de răcire să circule în canalele din pachetul de baterii, absorbind căldura înainte de a ajunge la Chiller (răcitor de baterie) pentru a schimba căldură cu agentul frigorific de aer condiționat pentru răcire și apoi revenind pe placa de răcire. Componentele de bază: Compresor electric → Răcitor de lichid → Pompă electrică de apă → Placă de răcire cu lichid → Corp supapă (cu patru-cai/opt- căi) → Încălzitor PTC.
Avantaje
• O uniformitate optimă a temperaturii, controlând diferența de temperatură a celulei în ±2 grade, prelungind direct durata de viață și îmbunătățind consistența;
• Tehnologie matură și lanț de aprovizionare bine stabilit-, reprezentând soluția curentă de pe piață;
• Integrare profundă cu gestionarea termică a vehiculului (recuperare căldură reziduală a motorului, pompă de căldură pentru cabină) și capacitatea de a adăuga PTC pentru încălzirea la temperatură joasă-;
• Plăci reci înlocuibile modular pentru întreținere ușoară.
Dezavantaje
• Sistem complex cu mai multe componente, rezultând costuri inițiale cu aproximativ 15%–20% mai mari;
• O pompă suplimentară de apă și un circuit de răcire măresc greutatea vehiculului, iar consumul de energie al pompei de apă afectează autonomia;
• Risc de scurgere a lichidului de răcire, necesitând verificări regulate ale nivelului lichidului de răcire;
• Schimbul indirect de căldură are ca rezultat viteze de răspuns mai mici în comparație cu răcirea directă la rate mari de încărcare.
Răcirea directă: concepte și principii de bază
Răcirea directă a agentului frigorific cuplează puternic sistemul de răcire a bateriei cu sistemul de aer condiționat-plasând, în esență, evaporatorul aparatului de aer condiționat direct în acumulatorul. Agentul frigorific (R134a, R1234yf, căldură latentă de schimbare de fază > 200 kJ/kg) se evaporă și absoarbe căldura în placa de răcire directă-, purtând direct căldura din celula bateriei. Componentele de bază: compresor electric → condensator → supapă de expansiune electronică → placă de răcire directă-separator de gaz-lichide, eliminând necesitatea unei pompe de apă, circuit de răcire și răcitor.
Avantaje
• Elimină etapa secundară de schimb de căldură, reducând rezistența termică cu aproximativ 40% și crescând eficiența schimbului de căldură (etapa de schimb de căldură) cu 20%–50% față de răcirea cu lichid (simulări multiple și teste pe banc, care variază în funcție de condițiile de funcționare; aceasta se referă la reducerea rezistenței termice în etapa de schimb de căldură, nu neapărat o îmbunătățire corespunzătoare a eficienței energetice a vehiculului);
• Sistem mai ușor și mai compact (volum cu aproximativ 30% mai mic), benefic pentru vehiculele cu limitări de șasiu;
• Elimina consumul continuu de energie al pompei de apa, reducand potential consumul de energie cu aproximativ 0,8 kWh la 100 de kilometri in aceleasi conditii de functionare (estimare de simulare a unui singur-vehicul, care fluctueaza in functie de conditiile drumului si temperatura ambientala, doar pentru referinta);
• Compatibil cu încărcare super-de 800 V, capabilă de 4C susținute sau chiar mai mari fără supraîncălzire.
Dezavantaje
• Plăcile de răcire directă au cerințe de rezistență la presiune și de etanșare extrem de ridicate, rezultând bariere mari de fabricație și asamblare;
• Curgerea în două-faze face ca uniformitatea temperaturii să fie dificil de controlat: în condiții de temperatură scăzută și de încărcare scăzută, agentul frigorific este predispus la distribuția neuniformă a gazului-lichidului în placa de răcire directă, ceea ce duce la suprarăcire localizată sau la un schimb de căldură insuficient și la o scădere semnificativă a uniformității temperaturii;
• Scurgerile de agent frigorific vor contamina direct modulul bateriei; integrare ridicată înseamnă că reparațiile necesită adesea înlocuire completă, rezultând costuri ridicate;
• Strategiile de control sunt complexe (anti-îngheț, anti-suprarăcire), iar maturitatea tehnologiei este mai mică decât cea a răcirii cu lichid.
