Tehnologie de management termic al bateriei litiu-ion
Bateriile cu litiu-ion ocupă o poziție importantă pe piața globală a energiei și a bateriilor de consum, astfel încât tehnologia lor de management termic a primit întotdeauna o mare atenție în industrie. Aceste tehnologii evoluează de la răcirea simplă fără aer la răcirea compusă, iar fiecare tehnologie are propriile caracteristici și provocări. Diferitele tehnologii de răcire sunt prezentate mai jos în detaliu.
răcire cu aer.
Răcirea cu aer poate fi împărțită în răcire naturală pasivă și răcire activă forțată. Ambele metode folosesc fluxul de aer pentru a elimina căldura generată de baterie pentru a obține răcirea. Avantajele sale includ structură simplă, cost redus, protecție a mediului și lipsă de poluare.
Răcire naturală: Aceasta este o tehnologie de răcire pasivă care necesită doar proiectarea conductelor de aer de răcire. De exemplu, prima mașină electrică Nissan Leaf a folosit această metodă de răcire. Cu toate acestea, această metodă este dificil de a satisface nevoile de răcire eficientă ale bateriilor de putere și poate afecta durata de viață a bateriei.
Răcire forțată cu aer: în comparație cu răcirea naturală, această tehnologie crește fluxul de aer și îmbunătățește efectul de răcire prin adăugarea de ventilatoare și alte echipamente. Dar înseamnă și un consum crescut de zgomot și energie. În plus, prin ajustarea formei canalului de flux de aer, efectul de răcire poate fi îmbunătățit în continuare.
Tehnologia de răcire cu lichid
Răcirea cu lichid folosește lichid de răcire pentru a schimba căldura bateriei, disipând căldura eficient și rapid. Această tehnologie este împărțită în răcire directă cu lichid și răcire indirectă cu lichid. La răcirea directă cu lichid, lichidul de răcire este în contact direct cu bateria, cum ar fi răcirea cu lichid prin imersie. Răcirea indirectă cu lichid realizează efectul de răcire prin componente specifice, cum ar fi plăcile de răcire.
Placă de răcire răcire cu lichid
În comparație cu răcirea cu aer, tehnologia de răcire cu lichid a plăcilor de răcire este mai eficientă, iar plăcile de răcire sunt în mare parte fabricate din aluminiu sau aliaj de aluminiu, iar costul este relativ scăzut. Principala direcție de cercetare este de a optimiza structura și caracteristicile de curgere a fluidului plăcii de răcire pentru a simplifica procesul de fabricație și a spori eficacitatea acestuia.
Cercetările recente s-au concentrat pe proiectarea canalelor de lichid de răcire și pe direcția fluxului de lichid de răcire. De exemplu, unii experți au proiectat un nou tip de placă de răcire cu lichid bazată pe canalul de curgere serpentină. Acest nou design poate îmbunătăți considerabil eficiența răcirii în anumite condiții. Unii experți au proiectat, de asemenea, o placă de răcire cu structură de tip fagure bazată pe baterii pătrate. Acest design îmbunătățește efectul de disipare a căldurii prin adăugarea de canale de răcire. Toate aceste studii au subliniat că proiectarea rezonabilă a canalului de lichid de răcire și direcția curgerii sunt esențiale pentru uniformitatea temperaturii. În general, tehnologia de răcire cu lichid a plăcii de răcire este destul de matură și utilizată pe scară largă într-o varietate de echipamente electrice.
În general, tehnologia de răcire cu lichid pe placă rece este foarte eficientă pentru majoritatea scenariilor de aplicare. Principalele sale materiale, cum ar fi cuprul și aluminiul, au proprietăți bune de conductivitate termică și sunt moderat rentabile, făcându-le ideale pentru utilizarea în vehicule electrice sau alte echipamente cu cerințe ridicate de răcire. În aplicațiile practice, pentru a asigura efecte de răcire de înaltă calitate, este necesar să se proiecteze canale de răcire adecvate și să se selecteze materiale adecvate în funcție de tipul și structura bateriei.
Răcire cu lichid prin imersie
Tehnologia de răcire cu lichid prin imersie scufundă complet bateria și alte componente care generează căldură în lichidul de răcire. În comparație cu răcirea tradițională cu aer, această tehnologie reduce zgomotul și consumul de energie și, de asemenea, controlează mai bine temperatura bateriei. În ciuda rezultatelor excelente ale acestei tehnologii, principalul său dezavantaj este greutatea și volumul relativ mare ale sistemului, ceea ce limitează aplicarea acestuia în vehiculele electrice. Dar pentru centralele fixe de stocare a energiei, această tehnologie este ideală.
Răcirea cu lichid prin imersie folosește în principal ulei izolator și lichid fluorurat ca lichid de răcire, deși costul este mai mare. Cu toate acestea, cercetările au demonstrat că această tehnologie de răcire poate asigura că creșterea medie a temperaturii bateriei nu depășește 5 grade, iar diferența de temperatură dintre celule este de numai 2 grade. Acest lucru ajută la îmbunătățirea duratei de viață și a siguranței centralelor de stocare a energiei.
Tehnologia de răcire a materialului cu schimbare de fază
Tehnologia de gestionare termică a bateriei bazată pe materiale cu schimbare de fază (PCM) este o metodă inovatoare care menține bateria la o temperatură optimă prin utilizarea caracteristicilor de stocare și eliberare a căldurii ale PCM. Avantajele acestei abordări sunt mai multe: nu necesită energie suplimentară, nu are părți în mișcare, are întreținere redusă și asigură o temperatură uniformă a bateriei.
În prezent, materialele PCM utilizate în mod obișnuit în managementul termic sunt: Materiale organice, cum ar fi parafinele, alcanii și acizii organici.
Materiale anorganice precum soluții apoase, hidrați de sare și săruri topite.
Materiale eutectice
Cu toate acestea, conductivitatea termică a PCM în sine nu este ridicată, astfel încât alte materiale, cum ar fi spuma de cupru, grafitul expandat și nanoparticulele sunt de obicei adăugate pentru a-și îmbunătăți conductivitatea termică. Acest lucru poate rezolva, de asemenea, unele probleme fizice ale PCM, cum ar fi problemele de fluiditate după schimbarea fazei.
Pentru a înțelege acest lucru mai intuitiv, ne putem referi la unele cercetări recente. De exemplu, unii experți au creat un material compozit de schimbare de fază compus din acid lauric și ceară de parafină combinată cu grafit expandat. Acest material a redus cu succes temperatura maximă a unei anumite baterii la 42,39 grade. Alte studii au arătat, de asemenea, că efectul de răcire al PCM poate fi îmbunătățit în continuare atunci când este combinat cu alte metode de răcire, cum ar fi răcirea cu aer.
Tehnologie de răcire termoelectrică
Răcirea termoelectrică este o tehnologie avansată de răcire activă bazată pe efectul Peltier. Mai simplu spus, atunci când un curent electric trece printr-un anumit material, acesta absoarbe căldura pe o parte și o eliberează pe cealaltă, creând un efect de răcire. Principalele avantaje ale acestei tehnologii includ: fără agenți frigorifici, consum redus de energie, pornire rapidă, stabilitate bună, zgomot redus și fără piese în mișcare. Dar provocările sunt, de asemenea, evidente, cum ar fi eficiența scăzută de răcire și dificultățile în fabricarea dispozitivelor mari.
Cercetătorii au efectuat un număr mare de experimente pentru a optimiza aplicarea acestei tehnologii în sistemele de management termic al bateriilor. De exemplu, unii experți au conceput un sistem care combină plăci duble de răcire cu silice cu plasă de cupru și răcire cu aer. Ei au descoperit că grosimea plăcii de răcire cu silice este legată de performanța la temperatură a bateriei și s-a determinat că 1,5 mm este grosimea optimă. Un alt studiu a combinat răcirea termoelectrică cu răcirea lichidă, iar experimentele au arătat că această combinație poate îmbunătăți eficient efectul de răcire.
