Termiskās pārvaldības nozīme EV akumulatoru komplektos
Elektrisko transportlīdzekļu droša un efektīva darbība patiešām ir saistīta ar siltuma pārvaldību. Litija{1}}jonu akumulatori ir izvēlīgi-, tiem patīk lietas, kuru temperatūra ir no 20 līdz 40 grādiem pēc Celsija. Nospiediet tos karstāk, un jūs prasāt nepatikšanas. Sāk sadalīties elektrolīts, sabiezē SEI slānis, un, pirms jūs to saprotat, akumulators zaudē ietilpību, kļūst mazāk efektīvs, un sliktākajā gadījumā lietas aizdegas vai pat eksplodē.
Aukstais laiks nav daudz laipnāks. Kad temperatūra pazeminās, akumulatora ķīmiskā darbība palēninās. Paaugstinās iekšējā pretestība. Pēkšņi jūs nesaņemat nepieciešamo jaudu vai uzlādes ātrumu. Pat neliela atšķirība-tikai piecu-grādu svārstības starp šūnām-izraisa nevienmērīgu novecošanos. Dažas šūnas noveco pirms sava laika, bet citas atpaliek.
Tātad, galvenais? Katras šūnas turēšana aptuveni vienādās temperatūrās ne tikai padara lietas drošākas. Tas nodrošina automašīnas labāko veiktspēju un palīdz akumulatoram darboties daudz ilgāk.
Gaisa dzesēšana EV akumulatoru komplektiem
Gaisa dzesēšana darbojas, pārvietojot gaisu virs akumulatora bloka vai caur to, lai noņemtu siltumu. Dažreiz tas ir tikai gaisa kustība, kad automašīna brauc (tas ir pasīvs), citreiz ventilatori vai pūtēji veic darbu (tas ir aktīvs). Visa iestatīšana ir vienkārša-nav sarežģītas santehnikas, nav daudz papildu svara, un tas ir lēts. Tāpēc jūs to redzat agrīnajos elektriskajos automobiļos vai mazākos transportlīdzekļos. Viņi izmanto tikai kanālus un dažus ventilatorus,{5}}nav jājaucas ar šķidrumiem vai smagām daļām.
Bet tur ir āķis. Gaiss vienkārši nespēj pārnēsāt siltumu. Tas ir mazāk blīvs nekā šķidrums, tāpēc tas nevar absorbēt daudz enerģijas. Kad akumulatori sāk smagi strādāt, it īpaši ātras uzlādes vai intensīvas lietošanas laikā, gaisa dzesēšana atpaliek. Tas vienkārši nevar uzturēt visu elementu vienmērīgu temperatūru vai izturēt mūsdienu EV izsūknēto siltumu. Mūsdienās gaisa dzesēšana darbojas tikai visvienkāršākajiem akumulatora iestatījumiem. Visam prasīgākam ir nepieciešams kaut kas labāks.
Priekšrocības:Tā ir vienkārša iestatīšana,{0}}tikai dažas daļas, tāpēc tā paliek viegla un tai nav nepieciešama liela apkope. Jums nav jāuztraucas par dzesēšanas šķidruma noplūdēm, un, automašīnai pārvietojoties, tā var izmantot garām plūstošo gaisu, lai palīdzētu atdzesēt lietas.
Ierobežojumi:Dzesēšanas jauda ir diezgan vāja. Karstie punkti parādās ātri, it īpaši, ja jūs spēcīgi spiežat automašīnu vai ātri uzlādējat, jo gaiss vienkārši nespēj pārvietot siltumu. Tas var ātrāk nolietot komponentus vai pat izraisīt sistēmas izslēgšanu. Godīgi sakot, šī metode vienkārši nespēj sekot līdzi augstas-veiktspējas vai -enerģijas EV.
Šķidruma dzesēšana EV akumulatoru komplektiem
Šķidruma dzesēšana mūsdienās ir izvēle{0}}vairumam vidējas- un augstas veiktspējas{2}}elektrisko automašīnu. Tas darbojas šādi: sūknis izspiež dzesēšanas šķidrumu-parasti ūdens-glikola maisījumu-caur kanāliem vai aukstuma plāksnēm, kas atrodas tieši pret akumulatora elementiem. Kad dzesēšanas šķidrums uzņem siltumu no akumulatoriem, tas pāriet uz siltummaini, kas izvada šo siltumu, izmantojot gaisu vai aukstumaģentu. Tā kā šķidrumi pārnēsā siltumu daudz labāk nekā gaiss, šīs sistēmas uztur vienmērīgu un vienmērīgu akumulatora temperatūru. Tieši tāpēc gandrīz visos liela attāluma{10}}elektriskajos transportlīdzekļos tiek izmantoti ar šķidrumu{11}}dzesēti akumulatori. Pateicoties labākai siltuma noņemšanai, šie komplekti spēj nodrošināt lielāku jaudu un īpaši ātru uzlādi bez pārkaršanas.
Priekšrocības:Šķidruma dzesēšana ātri izvelk siltumu un saglabā vienmērīgu temperatūru visās šūnās. Tas nozīmē, ka akumulatori darbojas ilgāk un jūs saņemat ātrāku uzlādi. Dzesēšanas šķidrums ir daudz labāks par gaisu kustīgā karstumā, tāpēc šie iepakojumi var izturēt augstu uzlādes ātrumu bez svīšanas.
Trūkumi:Jūs galu galā iegūstat sarežģītāku un smagāku sistēmu. Lai tos vadītu, ir nepieciešami sūkņi, šļūtenes, siltummaiņi un visa elektronika, un visam jābūt cieši noslēgtam. Ir jāuztur arī vairāk,-sūkņi vai vārsti var salūzt, un noplūdes ir reāla problēma. Turklāt visas šīs papildu daļas aizņem vietu un palielina svaru, kas tikai nedaudz samazina jūsu kopējo efektivitāti.
Fāze{0}}Mainīt materiālu (PCM) dzesēšana
Fāzes{0}}maiņas materiāli jeb PCM darbojas kā akumulatoru siltuma amortizatori. Jūs parasti tos atradīsit kā vaskus vai sāļus, kas ir ievietoti ap šūnām. Kad akumulators uzsilst, pārsniedzot noteiktu punktu, PCM izkūst, absorbējot daudz enerģijas, pārejot no cietas uz šķidrumu. Ja viss atkal atdziest, tas sacietē un atbrīvo uzkrāto siltumu atpakaļ. Šis process palīdz kontrolēt temperatūras lēcienus, īpaši ātrās pārrāvumos,{5}}piemēram, kad spēcīgi nospiežat akseleratoru vai pieslēdzat strāvas avotam, lai ātri uzlādētu.
Priekšrocības:Tas ir pilnīgi pasīvs, tāpēc jums nav nepieciešama enerģija, lai to palaistu. Nav ventilatoru, nav sūkņu-tikai sistēma, kas klusi izlīdzina temperatūras lēcienus. PCM iedarbojas, lai pasargātu šūnas no īsiem karstuma uzliesmojumiem un palīdz uzturēt iepakojumu drošā temperatūrā pēkšņas slodzes gadījumā.
Ierobežojumi:Negatīvā puse? PCM paši par sevi ļoti labi nepārvieto siltumu. Kad tie ir beiguši mainīt fāzi, tie vairs nevar uzņemt siltumu. Ja jums ir darīšana ar pastāvīgi augstām temperatūrām, ar pasīvo dzesēšanu nepietiek. Lai patiešām noņemtu siltumu no PCM, parasti ir nepieciešami papildu komponenti,-piemēram, grafīta spuras vai siltuma caurules-, lai paveiktu darbu.
Siltuma caurules dzesēšana (siltuma vadītspēja)
Siltuma caurules pamatā ir noslēgtas metāla caurules, kuru iekšpusē ir nedaudz šķidruma. Tie ātri pārvieto siltumu, ļaujot šķidrumam pastāvīgi iztvaikot un kondensēties, tāpēc jūs tik tikko zaudējat temperatūru. Akumulatoru komplektos siltuma caurules uzskata par siltuma "supravadītājiem". Varat tos ievietot moduļos vai piestiprināt tieši pie šūnām, lai steigā noņemtu siltumu no karstajiem punktiem. Dažreiz siltuma caurule vienkārši novada siltumu vēsākā vietā vai tieši aukstajā plākšņu tīklā. Visā garumā tie faktiski vada siltumu tūkstošiem reižu labāk nekā cietais varš, tāpēc tie ir lieliski piemēroti vietējo karsto punktu pārvaldībai. Jūs bieži redzēsit, ka tie ir iebūvēti šķidruma -dzesētās sistēmās-piemēram, aukstuma plāksnēs-, lai palīdzētu sadalīt temperatūru visā modulī.
Priekšrocības:Tiem ir neticama siltumvadītspēja, tāpēc tie patiešām labi izplata siltumu uz sāniem. Ja savienojat tālu-atšķiras šūnas, tās palīdz līdzsvarot temperatūru, kas samazina visu "vājākās šūnas" problēmu. Turklāt tie darbojas paši,-nav nepieciešama jauda.
Ierobežojumi:Parasti cilvēki tos izmanto tikai vietas dzesēšanai, nevis kā galveno dzesēšanas sistēmu. Jums tie ir pareizi jāaizzīmogo un jāpievērš īpaša uzmanība tam, kā iestatāt dakts struktūru. Tie arī palielina izmaksas un padara iepakojuma dizainu sarežģītāku. Un galu galā jums joprojām ir nepieciešams kaut kas cits, piemēram, aukstuma plāksne, lai faktiski izņemtu siltumu no iepakojuma.
Dzesēšanas metožu salīdzinājums
Lūk, galvenais: katrai dzesēšanas metodei ir savas stiprās puses un galvassāpes.
Gaisa dzesēšana:Tas ir netīri lēti un vienkārši. Jums gandrīz nav nepieciešams kāds papildu aprīkojums, bet, godīgi sakot, tas vienkārši neļauj nopietni karstumam. Temperatūra lēkā apkārt, un tas nevar sekot līdzi, ja spēcīgi spiežat akumulatoru. Tas patiešām darbojas tikai vecās-skolas vai-mazjaudas EV.
Šķidruma dzesēšana:Šeit nolaižas lielākā daļa mūsdienu EV. Tas saglabā lietas vienmērīgus un vēsus pat ātrās uzlādes laikā. Protams, tas darbojas lieliski, taču tagad jums ir darīšana ar sūkņiem, caurulēm un blīvēm,{2}}kā arī papildu svars un izmaksas. Tomēr tas ir standarts jebkuram vidējam- vai labākam.
PCM buferizācija:Tas ir sava veida gudrs. Tas absorbē karstuma lēcienus, neizmantojot nekādu jaudu, bet, kad tas ir pilns, tas pārstāj palīdzēt. Cilvēki parasti savieno to ar šķidruma dzesēšanu, lai iegūtu papildu buferi.
Siltuma caurules:Tie ir kā lāzera{0}}problēmu risinātāji. Tie ātri noņem siltumu no karstajiem punktiem un palīdz izlīdzināt lietas, taču jums joprojām ir nepieciešams kaut kas cits,-piemēram, siltuma izlietne-, lai faktiski atbrīvotu siltumu. Viņi spīd kā daļa no lielākas sistēmas, nevis paši par sevi.
Uzlabotas metodes (jaunās):Piemēram, iegremdēšanas dzesēšana burtiski iegremdē akumulatoru īpašā šķidrumā. Šī metode neticami ātri noņem siltumu{1}}ir lieliski piemērota, ja vēlaties īpaši-ātru uzlādi. Bet šķidruma pārvaldība kļūst sarežģīta. Dažos augstākās klases EV pat izmanto automašīnas gaisa kondicionēšanas aukstumaģentu, lai tieši atdzesētu akumulatoru, kas ir ļoti efektīvs, bet ne gluži vienkārši noņemams.
Ietekme uz drošību, veiktspēju un akumulatora darbības laiku
Siltuma pārvaldība nav tikai tehniska detaļa,{0}}tā ir liela nozīme EV drošībai un veiktspējai. Kad akumulatori kļūst pārāk karsti, palielinās aizdegšanās vai pat sprādziena iespēja. Pārkaršana var izraisīt kaut ko, ko sauc par termisko bēgšanu, kur šūnas pamatā sāk ķēdes reakciju un sasilda sevi vēl vairāk. Tas ir bīstami visiem, ne tikai cilvēkiem, kas atrodas automašīnā, bet arī pirmās palīdzības sniedzējiem.
Bet tas nav tikai par to, kā saglabāt vēsumu. Ja sistēma slikti pārvalda siltumu, baterijas noveco ātrāk. Pastāv īkšķa noteikums: katru reizi, kad temperatūra paaugstinās par 10 grādiem virs saldās vietas, akumulatora darbības laiks tiek samazināts uz pusi. Stingri piespiediet tos aptuveni 50 grādu leņķī, un jūs redzēsiet, ka tie zaudēs apmēram 60% no savas jaudas jau pēc dažiem simtiem ciklu.
Aukstums arī nav lieliski. Zemās temperatūrās akumulatori cīnās, jo joni nevar pārvietoties tik brīvi. Tas nozīmē mazāk enerģijas, lēnāku uzlādi un tikai lēnu reakciju kopumā. Un šeit ir kaut kas, ko cilvēki dažreiz aizmirst: vienmērīga temperatūra visās šūnās ir svarīga. Ja daži elementi darbojas karstāk vai aukstāk nekā citi, viss akumulators darbojas vājākās šūnas līmenī. Tas samazina akumulatora jaudu un saīsina akumulatora darbības laiku.
Drošība:Uzturot šūnas vēsumā, tās neļauj pārkarst un aizdegties. Laba dzesēšana ir ne tikai patīkami,{1}}tā ir jebkura transportlīdzekļa drošības plāna galvenā sastāvdaļa.
Veiktspēja:Baterijas vislabāk darbojas no 20 līdz 40 grādiem pēc Celsija. Pārāk auksts, un tie vienkārši nevar nodrošināt vēlamo jaudu. Pārāk karsts, jūs iegūstat lielāku pretestību un ātri zaudējat spriegumu.
Akumulatora darbības laiks: Ja saglabājat vienmērīgu un vēsu temperatūru, šūnas kalpo ilgāk un nenolietojas tik ātri. Vienmērīga temperatūra visā iepakojumā nozīmē, ka neviena šūna netiek pārāk stipri nospiesta. Godīgi sakot, stabila dzesēšanas sistēma var nodrošināt, ka akumulators darbojas vairāk nekā divas reizes ilgāk nekā tas, kas visu laiku ir karsts.
Jaunās tehnoloģijas un tendences
EV akumulatori kļūst jaudīgāki un uzlādējas ātrāk nekā jebkad agrāk, tāpēc ir reāls centiens uzlabot dzesēšanas tehnoloģiju. Iegremdējamā dzesēšana šobrīd piesaista lielu uzmanību. Tas ir vienkārši: iegremdējiet akumulatora elementus īpašā šķidrumā, kas nevada elektrību, kas ļauj siltumam izplūst daudz ātrāk. Šāda veida iestatīšana var izturēt pietiekami lielu karstumu-, lai padarītu traku-ātru uzlādi, piemēram, vairāk nekā 1000 kW.
Daži cilvēki akumulatoru atdzesēšanai izmanto automašīnas gaisa kondicionēšanas dzesēšanas šķidrumu, kas darbojas īpaši labi, ja ārā ir karsts. Ir arī daudz diskusiju par idejām, piemēram, divfāzu sistēmām, kur dzesēšanas šķidrums vārās, lai aizvadītu siltumu, vai mikrokanāliem,{2}}kuru siltums tiek izvadīts vēl ātrāk.
Turklāt pētnieki strādā ar termoelektriskiem moduļiem un īpašām virsmām, kas izstaro siltumu vai nu vietas dzesēšanai, vai vienkārši, lai pasīvi atbrīvotu papildu siltumu. Spēlē ir arī materiālu zinātne. Cilvēki jauc augstas-vadītspējas materiālus fāzes-maiņu materiālos vai veido putas no nano-strukturēta grafīta, lai palīdzētu akumulatoriem saglabāt vēsumu bez īpašas piepūles.
Un tad ir programmatūras puse. Akumulatora pārvaldības sistēmas kļūst viedākas, izmantojot uzlabotus algoritmus un pat AI, lai prognozētu un kontrolētu dzesēšanu reāllaikā. Kopumā šis ir diezgan aizraujošs laiks akumulatora siltuma pārvaldībai.
Dizaina izaicinājumi un OEM apsvērumi
Akumulatora siltuma pārvaldības sistēmas (TMS) izveide automašīnā nav vienkārša. Ražotājiem ir daudz jāžonglrē -, lai sistēma darbotos labi, nepalielinot izmaksas, svaru un neaizņemot dārgo vietu. Piemēram, šķidruma dzesēšana un lieli siltummaiņi aizņem vietu zem grīdas vai pārsega un uzkrāj vairāk mārciņu, kas var samazināt efektivitāti. Augsta-sprieguma iestatījumi (domājiet, ka 400–800 volti) rada galvassāpes, un visām dzesēšanas šķidruma daļām ir nepieciešama augstākās kvalitātes izolācija un drošība. Katrai ķēdei un savienotājam ir jāatbilst stingrām slīdēšanas un klīrensa atzīmēm un jāiztur pret rupjām vibrācijām un mežonīgām temperatūras svārstībām.
Tad ir jādomā par laikapstākļiem. Aukstās vietās akumulatoriem ir nepieciešami sildītāji - neatkarīgi no tā, vai tie ir PTC vai siltumsūknis -, lai tie ātri uzsildītu. Tas tikai palielina sarežģītību. Un neaizmirstiet par apkopi un uzticamību. Sūkņi, vārsti, sensori - katrs pievieno vēl vienu lietu, kas var neizdoties. Tātad galu galā inženieriem ir jāatrod pareizais līdzsvars. Viņiem ir jāpadara TMS pēc iespējas vienkāršāks, nezaudējot diapazonu, izmaksas vai, pats galvenais, drošību un akumulatora darbības laiku. Tā ir sarežģīta mīkla, kuras risinājumam ir daudz jādomā.
Integrācija ar transportlīdzekļu arhitektūru
Akumulatora siltuma sistēma darbojas tieši līdzās automašīnas HVAC un spēka piedziņai. Daudzos elektriskajos transportlīdzekļos jūs atradīsiet kopīgus dzesēšanas cilpas-viens un tas pats siltumsūknis vai maiņstrāvas kompresors un kondensators, kas apstrādā gan salonu, gan akumulatoru, tikai dažādos režīmos. Tātad, pieņemsim, ka ir vasara: maiņstrāva atdzesē akumulatoru, izmantojot kopīgu iztvaicētāju. Kad ārā ir auksts, siltums, ko izdala akumulatora kondensators, faktiski var palīdzēt sasildīt salonu. Parasti inženieri izveido atsevišķas dzesēšanas šķidruma cilpas-vienu akumulatoram (kas iet cauri tā aukstajām plāksnēm), otru salonam vai motoram-un pēc tam savieno tās ar plākšņu siltummaiņiem, kad nepieciešams pārvietot siltumu. Vadības sistēmas velk virknes aizkulisēs: akumulatora vadības sistēma un siltuma regulators nosaka, cik ātri darbojas sūkņi un ventilatori un kur jāatrodas vārstiem, pamatojoties uz to, ko dara akumulatora elementi un pārējā automašīna. Un ar jaunajiem augstsprieguma-uzstādījumiem siltuma un elektriskās konstrukcijas vēl vairāk sajaucas-šīs kompaktās 800 V sistēmas nozīmē, ka katrai termiskajai daļai ir jāatbilst šaurām telpām un izolācijas noteikumiem. Galu galā visas siltuma vadības sistēmas projektēšana pārvēršas par lielu mīklu, un jums viss ir jāoptimizē kopā.
PowerWinxnodrošina progresīvus EV siltuma pārvaldības komponentus un pielāgotus akumulatora dzesēšanas risinājumus. Pateicoties dziļām zināšanām siltummaiņu un dzesēšanas sistēmu projektēšanā, PowerWinx palīdz oriģinālo iekārtu ražotājiem integrēt precīzus dzesēšanas moduļus savos akumulatoru komplektos. Mūsu pielāgotie risinājumi nodrošina efektīvu siltuma noņemšanu un vienmērīgu temperatūras kontroli, uzlabojot akumulatora drošību, veiktspēju un ilgmūžību mūsdienu elektriskajos transportlīdzekļos.
EV siltuma pārvaldības risinājums
EV siltuma pārvaldības risinājums
