Sähköajoneuvojen akkujen lämmönhallinnan merkitys
Sähköajoneuvojen pitäminen turvallisesti ja tehokkaasti käynnissä riippuu todella lämmön hallinnasta. Litium-ioni-akut ovat nirsoja-ne pitävät 20–40 celsiusasteista. Työnnä niitä kuumemmaksi ja pyydät vaivaa. Elektrolyytti alkaa hajota, SEI-kerros paksunee, ja ennen kuin huomaatkaan, akun kapasiteetti heikkenee, teho heikkenee ja pahimmassa tapauksessa esineet syttyvät tuleen tai jopa räjähtävät.
Kylmä sää ei ole paljon lempeämpi. Kun lämpötila laskee, akun kemia hidastuu. Sisäinen vastus kasvaa. Yhtäkkiä et saa tarvitsemaasi virtaa tai latausnopeutta. Pienikin ero-vain viiden-asteen heilahdus solujen välillä-johtaa epätasaiseen ikääntymiseen. Jotkut solut vanhenevat ennen aikaansa, kun taas toiset jäävät jälkeen.
Eli lopputulos? Jokaisen solun pitäminen suunnilleen samassa lämpötilassa ei vain tee asioista turvallisempia. Se pitää auton suorituskyvyn parhaimmillaan ja auttaa akkua kestämään paljon pidempään.
Ilmajäähdytys sähköautojen akkuihin
Ilmajäähdytys toimii siirtämällä ilmaa akun yli tai läpi lämmön poistamiseksi. Joskus vain ilma liikkuu auton ajaessa (se on passiivista), toisinaan tuulettimet tai puhaltimet tekevät työn (se on aktiivinen). Koko asennus on suoraviivaista-ei monimutkaista putkistoa, ei paljon ylimääräistä painoa ja se on halpa. Siksi näet sen varhaisissa sähköautoissa tai pienemmissä ajoneuvoissa. He käyttävät vain kanavia ja muutamaa tuuletinta-ei sotkua nesteiden tai raskaiden osien kanssa.
Mutta siinä on saalis. Ilma ei vain ole hyvä kuljettamaan lämpöä. Se on vähemmän tiheä kuin neste, joten se ei voi imeä paljon energiaa. Kun akut alkavat toimia lujasti, etenkin pikalatauksen tai raskaan käytön aikana, ilmajäähdytys jää jälkeen. Se ei vain pysty pitämään kaikkia kennoja tasaisessa lämpötilassa tai kestämään nykyaikaisten sähköautojen lämpöä. Nykyään ilmajäähdytys toimii vain yksinkertaisimmissa akkuasennuksissa. Kaikki vaativampi vaatii jotain parempaa.
Edut:Se on yksinkertainen asennus-vain kourallinen osia, joten se pysyy kevyenä eikä vaadi paljon huoltoa. Jäähdytysnestevuotoja ei tarvitse pelätä, ja kun auto liikkuu, se voi käyttää ohivirtaavaa ilmaa jäähdyttämiseen.
Rajoitukset:Jäähdytysteho on aika heikko. Kuumat paikat ilmaantuvat nopeasti, varsinkin jos työnnät autoa kovaa tai lataat nopeasti, koska ilma ei yksinkertaisesti siirrä lämpöä. Tämä voi kuluttaa komponentteja nopeammin tai jopa aiheuttaa järjestelmän sammumisen. Rehellisesti sanottuna tämä menetelmä ei vain pysy -suorituskykyisten tai-tehokkaiden sähköautojen perässä.
Nestejäähdytys sähköautojen akuille
Nestejäähdytys on nykypäivän-valinta useimpiin keskisuorituskykyisiin- ja erittäin{2}}sähköautoihin. Näin se toimii: pumppu työntää jäähdytysnestettä-yleensä vesi-glykoliseosta-kanavien tai kylmälevyjen läpi, jotka asettuvat suoraan akkukennoja vasten. Kun jäähdytysneste kerää lämpöä akuista, se siirtyy lämmönvaihtimeen, joka tyhjentää lämmön käyttämällä joko ilmaa tai kylmäainetta. Koska nesteet kuljettavat lämpöä paljon paremmin kuin ilma, nämä järjestelmät pitävät akun lämpötilat tasaisina ja tasaisina. Tästä syystä melkein jokaisessa pitkän matkan{10}}sähköautossa käytetään nestejäähdytteisiä{11}}akkuja. Paremman lämmönpoiston ansiosta nämä pakkaukset kestävät suuremman tehon ja{13}}nopean latauksen ilman ylikuumenemista.
Edut:Nestejäähdytys vetää lämmön nopeasti ulos ja pitää lämpötilat tasaisina kaikissa kennoissa. Tämä tarkoittaa, että akut kestävät pidempään ja lataat nopeammin. Jäähdytysneste on paljon parempi kuin ilma liikkuvassa lämmössä, joten nämä pakkaukset kestävät suuria latausnopeuksia ilman hikoilua.
Haitat:Päädyt monimutkaisempaan ja raskaampaan järjestelmään. Tarvitset pumppuja, letkuja, lämmönvaihtimia ja kaikkea elektroniikkaa niiden ohjaamiseen, ja kaikki on suljettava tiiviisti. Huollattavaa on myös enemmän-pumput tai venttiilit voivat rikkoutua, ja vuodot ovat todellinen ongelma. Lisäksi kaikki ylimääräiset osat vievät tilaa ja lisäävät painoa, mikä heikentää kokonaistehokkuuttasi vain hieman.
Vaihe-Vaihda materiaali (PCM) Jäähdytys
Phase{0}}change materiaalit eli PCM:t toimivat kuin akkujen lämpöiskunvaimentimet. Löydät ne yleensä vahoina tai suoloina solujen ympärillä. Kun akku lämpenee tietyn pisteen yli, PCM sulaa ja imee paljon energiaa muuttuessaan kiinteästä nesteeksi. Jos asiat jäähtyvät uudelleen, se jähmettyy ja vapauttaa varastoidun lämmön takaisin. Tämä prosessi auttaa pitämään lämpötilapiikit kurissa, varsinkin nopeiden purskeiden aikana-kuten kun painat kaasupoljinta voimakkaasti tai kytket virran pikalatausta varten.
Edut:Se on täysin passiivinen, joten et tarvitse energiaa sen käyttämiseen. Ei tuulettimia, ei pumppuja-vain järjestelmä, joka tasoittaa lämpötilapiikkejä hiljaa. PCM:t suojaavat soluja lyhyiltä lämpöpurkauksilta ja auttavat pitämään pakkauksen turvallisessa lämpötilassa äkillisen kuormituksen aikana.
Rajoitukset:Huono puoli? PCM:t eivät siirrä lämpöä kovin hyvin yksinään. Kun ne lopettavat vaiheen vaihtamisen, ne eivät voi imeä enää lämpöä. Jos käsittelet jatkuvasti korkeita lämpötiloja, passiivinen jäähdytys ei vain riitä. Jotta voit todella vetää lämmön pois PCM:stä, tarvitset yleensä lisäkomponentteja-kuten grafiittiripoja tai lämpöputkia-työn suorittamiseen.
Lämpöputken jäähdytys (lämmönjohtavuus)
Lämpöputket ovat pohjimmiltaan suljettuja metalliputkia, joiden sisällä on vähän nestettä. Ne siirtävät lämpöä nopeasti antamalla nesteen jatkuvasti haihtua ja tiivistyä, joten tuskin menetät lämpötilaa matkan varrella. Ajattele lämpöputkia akuissa lämpö "suprajohtimina". Voit työntää ne moduulien sisään tai kiinnittää ne suoraan kennoihin vetääksesi lämmön pois kuumista kohdista kiireessä. Joskus lämpöputki vain siirtää lämpöä viileämpään paikkaan tai suoraan kylmään-levyverkkoon. Pituudellaan ne johtavat lämpöä tuhansia kertoja paremmin kuin kiinteä kupari, mikä tekee niistä täydelliset paikallisten hotspottien hallintaan. Näet niitä usein sisäänrakennettuina nestemäisiin-jäähdytettyihin järjestelmiin-kuten kylmälevyihin-, jotka auttavat jakamaan lämpötilat koko moduuliin.
Edut:Näillä on uskomaton lämmönjohtavuus, joten ne levittävät lämpöä sivuttain todella hyvin. Kun yhdistät kaukana toisistaan-olevia soluja, ne auttavat tasapainottamaan lämpötilaa, mikä vähentää koko "heikoimman solun" ongelmaa. Lisäksi ne toimivat itsenäisesti-ilman tehoa.
Rajoitukset:Yleensä ihmiset käyttävät niitä vain pistejäähdytykseen, eivät pääjäähdytysjärjestelmänä. Sinun on suljettava ne oikein ja kiinnitettävä erityistä huomiota sydämen rakenteen asettamiseen. Ne myös nostavat kustannuksia ja tekevät pakkauksen suunnittelusta monimutkaisempaa. Ja loppujen lopuksi tarvitset silti jotain muuta, kuten kylmälevyn, siirtääksesi lämmön pois pakkauksesta.
Jäähdytysmenetelmien vertailu
Tässä on ydin: jokaisella jäähdytysmenetelmällä on omat vahvuutensa ja päänsärynsä.
Ilmajäähdytys:Se on lian halpa ja kuolleen yksinkertainen. Tarvitset tuskin ylimääräisiä varusteita, mutta rehellisesti sanottuna se ei vain kestä sitä vakavassa kuumuudessa. Lämpötilat hyppäävät, eikä se pysy perässä, jos painat akkua kovasti. Se toimii todella vain vanhoissa-kouluissa tai vähätehoisissa-sähköautoissa.
Nestejäähdytys:Siellä useimmat nykyaikaiset sähköautot laskeutuvat. Se pitää asiat tasaisina ja viileinä jopa pikalatauksen aikana. Toki se toimii hienosti, mutta nyt sinulla on pumppuja, putkia ja tiivisteitä-sekä ylimääräisiä painoja ja kustannuksia. Silti se on standardi kaikessa keskitason-tai paremmassa.
PCM-puskurointi:Se on tavallaan fiksua. Se imee lämpöpiikkejä käyttämättä tehoa, mutta kun se on täynnä, se lakkaa auttamasta. Ihmiset yhdistävät sen yleensä nestejäähdytyksen kanssa lisäpuskurin saamiseksi.
Lämpöputket:Ne ovat kuin laser{0}}keskeisiä ongelmanratkaisijoita. Ne siirtävät lämmön nopeasti pois pisteistä ja auttavat tasoittamaan asioita, mutta tarvitset silti jotain muuta-kuten jäähdytyselementin-, jotta voit poistaa lämmön. Ne loistavat osana suurempaa järjestelmää, eivät yksinään.
Kehittyneet menetelmät (nousussa):Esimerkiksi upotusjäähdytys upottaa akun kirjaimellisesti erityiseen nesteeseen. Tämä menetelmä siirtää lämmön pois uskomattoman nopeasti-täydellinen, jos haluat erittäin-nopeaa latausta. Mutta nesteen hallinta on hankalaa. Jotkut huippuluokan sähköautot käyttävät jopa auton ilmastointilaitteen kylmäainetta akun jäähdyttämiseen suoraan, mikä on erittäin tehokasta, mutta ei aivan yksinkertaista.
Vaikutus turvallisuuteen, suorituskykyyn ja akun käyttöikään
Lämmönhallinta ei ole vain tekninen yksityiskohta-se on iso asia sähköajoneuvojen turvallisuuden ja suorituskyvyn kannalta. Kun akut kuumenevat liian kuumaksi, tulipalon tai jopa räjähdyksen mahdollisuus kasvaa. Ylikuumeneminen voi laukaista jotain, jota kutsutaan lämpökarkaamiseksi, jolloin solut aloittavat periaatteessa ketjureaktion ja lämmittävät itseään entisestään. Se on vaarallista kaikille, ei vain autossa oleville ihmisille, vaan myös ensiapuhenkilöille.
Mutta kyse ei ole vain viileänä pysymisestä. Jos järjestelmä ei hallitse lämpöä hyvin, akut vanhenevat nopeammin. On olemassa nyrkkisääntö: aina kun lämpötila nousee 10 astetta makean paikan yläpuolelle, akun käyttöikä puolittuu. Työnnä niitä voimakkaasti noin 50 asteen kulmassa ja huomaat, että ne menettävät noin 60 % kapasiteetistaan muutaman sadan syklin jälkeen.
Kylmäkään ei ole kivaa. Alhaisissa lämpötiloissa akut kamppailevat, koska ionit eivät voi liikkua yhtä vapaasti. Tämä tarkoittaa vähemmän tehoa, hitaampaa latausta ja vain hidasta vastetta. Ja tässä on jotain, jonka ihmiset joskus unohtavat: tasainen lämpötila kaikissa soluissa on avainasemassa. Jos jotkin kennot ovat kuumempia tai kylmempiä kuin toiset, koko akkuyksikkö toimii heikoimman kennon tasolla. Tämä heikentää kapasiteettia ja lyhentää akun käyttöikää.
Turvallisuus:Kennojen pitäminen viileänä estää niitä ylikuumenemasta ja syttymästä tuleen. Hyvä jäähdytys ei ole vain mukavaa,{1}}se on keskeinen osa minkä tahansa ajoneuvon turvallisuussuunnitelmaa.
Suorituskyky:Akut toimivat parhaiten 20-40 asteen välillä. Liian kylmä, eivätkä ne vain pysty antamaan haluamaasi tehoa. Liian kuuma, saat enemmän vastusta ja menetät jännitettä nopeasti.
Akun kesto: Kun pidät lämpötilat tasaisina ja viileinä, solut kestävät pidempään eivätkä kulu yhtä nopeasti. Tasainen lämpötila koko pakkauksessa tarkoittaa, että yhtään kennoa ei paineta liian lujasti. Rehellisesti sanottuna kiinteä jäähdytysjärjestelmä voi saada akun kestämään yli kaksi kertaa niin kauan kuin se, joka käy kuumana koko ajan.
Nousevat teknologiat ja trendit
Sähköajoneuvojen akut ovat entistä tehokkaampia ja latautuvat nopeammin kuin koskaan, joten parempaan jäähdytystekniikkaan on todellista tarvetta. Upotusjäähdytys herättää tällä hetkellä paljon huomiota. Se on yksinkertaista: upota akkukennot suoraan erityiseen nesteeseen, joka ei johda sähköä, jolloin lämpö pääsee karkaamaan nopeammin. Tällainen kokoonpano kestää kovaa lämpöä-tarpeeksi saadakseen hullun-nopealatauksen, kuten yli 1000 kW:n tehon, todella toimimaan.
Jotkut ihmiset käyttävät auton omaa ilmastointilaitteen kylmäainetta akkujen jäähdyttämiseen, mikä toimii erityisen hyvin, kun ulkona on kuuma. Myös ideat, kuten kaksi-vaihejärjestelmät, joissa jäähdytysneste kiehuu kuljettaakseen lämpöä pois, tai mikrokanavien-huippupienet kanavat, jotka siirtävät lämpöä ulos entistä nopeammin, ympärillä on paljon surinaa.
Tämän lisäksi tutkijat puuhailevat lämpösähköisiä moduuleja ja erityisiä pintoja, jotka säteilevät lämpöä pois joko pistejäähdyttämiseksi tai vain passiivisesti ylimääräisen lämmön poistamiseksi. Myös materiaalitiede on mukana pelissä. Ihmiset sekoittavat korkean-johtavuuden aineita vaiheen-muutosmateriaaleihin tai rakentavat vaahtoja nano-strukturoidusta grafiitista, mikä auttaa akkuja pysymään viileinä ilman suuria lisäponnisteluja.
Ja sitten on ohjelmistopuoli. Akunhallintajärjestelmät ovat tulossa älykkäämmiksi, ja ne käyttävät kehittyneitä algoritmeja ja jopa tekoälyä ennustamaan ja ohjaamaan jäähdytystä reaaliajassa. Kaiken kaikkiaan tämä on aika jännittävää aikaa akun lämmönhallinnassa.
Suunnitteluhaasteet ja OEM-näkökohdat
Akun lämmönhallintajärjestelmän (TMS) rakentaminen autoon ei ole helppoa. Valmistajien täytyy jongleerata paljon -, jotta järjestelmä toimisi hyvin ilman, että se nostaa kustannuksia, painoa tai kuluttaa arvokasta tilaa. Esimerkiksi nestejäähdytys ja suuret lämmönvaihtimet vievät tilaa lattian tai liesituulettimen alla ja painavat enemmän kiloja, mikä voi haitata tehokkuutta. Korkea-jänniteasetukset (ajattele 400–800 volttia) tuovat omat päänsärynsä ja vaativat huippuluokkaa-eristystä ja turvallisuutta kaikille jäähdytysnesteen osille. Jokaisen piirin ja liittimen tulee osua tiukoihin ryömintä- ja välysmerkit ja kestää kovaa tärinää ja rajuja lämpötilan heilahteluja.
Sitten on säätä mietittäväksi. Kylmissä paikoissa akut tarvitsevat lämmittimet - joko PTC:stä tai lämpöpumpusta -, jotta ne lämpenevät nopeasti. Se vain lisää monimutkaisuutta. Älä myöskään unohda huoltoa ja luotettavuutta. Pumput, venttiilit, anturit - jokainen lisää toisen asian, joka voi epäonnistua. Joten lopulta insinöörien on löydettävä oikea tasapaino. Niiden on tehtävä TMS:stä mahdollisimman yksinkertainen tinkimättä kantamasta, kustannuksista tai, mikä tärkeintä, turvallisuudesta ja akun kestosta. Se on hankala palapeli, jonka ratkaisun varassa on paljon ratsastusta.
Integrointi ajoneuvoarkkitehtuuriin
Akun lämpöjärjestelmä toimii aivan auton LVI- ja voimansiirron rinnalla. Monissa sähköajoneuvoissa on yhteiset jäähdytyssilmukat-sama lämpöpumppu tai AC-kompressori ja lauhdutin käsittelevät sekä ohjaamon että akun, vain eri tiloissa. Oletetaan siis, että on kesä: AC jäähdyttää akkua yhteisellä höyrystimellä. Kun ulkona on kylmä, akun lauhduttimen päästämä lämpö voi itse asiassa auttaa lämmittämään matkustamoa. Yleensä insinöörit asettavat erilliset jäähdytysnestesilmukat-yhden akulle (joka kulkee sen kylmälevyjen läpi), toisen ohjaamoon tai moottorille-ja yhdistävät ne sitten levylämmönvaihtimilla, kun niiden on siirrettävä lämpöä ympäriinsä. Ohjausjärjestelmät vetää naruja kulissien takana: akun hallintajärjestelmä ja lämmönsäädin päättävät kuinka nopeasti pumput ja puhaltimet pyörivät ja missä venttiilien tulisi olla, kaikki sen perusteella, mitä akkukennot ja muu auto tekevät. Uusien-suurjänniteasetusten ansiosta lämpö- ja sähkösuunnittelu sotkeutuvat entisestään-nämä kompaktit 800 V:n järjestelmät tarkoittavat, että jokaisen lämpöosan on sopia ahtaisiin tiloihin ja eristyssäännöksiin. Loppujen lopuksi koko lämmönhallintajärjestelmän suunnittelusta tulee iso pulma, ja kaikki on optimoitava yhdessä.
PowerWinxtarjoaa edistyneitä sähköautojen lämmönhallintakomponentteja ja mukautettuja akun jäähdytysratkaisuja. PowerWinxillä on syvä asiantuntemus lämmönvaihtimien ja jäähdytysjärjestelmien suunnittelusta, ja se auttaa OEM-valmistajia integroimaan tarkkoja jäähdytysmoduuleja akkuihinsa. Räätälöidyt ratkaisumme varmistavat tehokkaan lämmönpoiston ja tasaisen lämpötilan hallinnan parantaen akun turvallisuutta, suorituskykyä ja pitkäikäisyyttä nykyaikaisissa sähköautoissa.
EV:n lämmönhallintaratkaisu
EV:n lämmönhallintaratkaisu
