Άμεση ψύξη έναντι υγρής ψύξης για νέο ενεργειακό όχημαΠακέτα μπαταριών:
Αρχές, Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα
I. Γιατί οι μπαταρίες είναι «ευαίσθητες και στη ζέστη και στο κρύο»;
Η απόδοση των μπαταριών ισχύος συσχετίζεται στενά με τη θερμοκρασία: Πάνω από τους 45 βαθμούς, η αποσύνθεση της χωρητικότητας επιταχύνεται και η διάρκεια ζωής του κύκλου μπορεί να μειωθεί περισσότερο από 30%. πάνω από 60 μοίρες, ο ηλεκτρολύτης αποσυντίθεται, το φιλμ SEI σπάει και σε σοβαρές περιπτώσεις πυροδοτείται η θερμική διαφυγή. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται, η επιμετάλλωση λιθίου εμφανίζεται κατά τη φόρτιση και η εμβέλεια μειώνεται. Το βέλτιστο εύρος λειτουργίας για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου γενικά θεωρείται ότι είναι 25–40 μοίρες και στη μηχανική, μια διαφορά θερμοκρασίας κυψέλης<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.
Επί του παρόντος, υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι ενεργού ψύξης για επιβατικά οχήματα, που κατατάσσονται από τον πιο συνηθισμένο έως τον πιο επιθετικό:
• Παθητική ψύξη αέρα (φυσική ψύξη): Βασίζεται στη φυσική μεταφορά μέσω των πτερυγίων ανταλλαγής θερμότητας της μπαταρίας. Δεν καταναλώνει ρεύμα και έχει το χαμηλότερο κόστος, αλλά η απαγωγή θερμότητας είναι εξαιρετικά αργή. Έχει καταργηθεί σταδιακά από τα κύρια επιβατικά οχήματα και βρίσκεται μόνο σε πρώιμα αυτοκίνητα χαμηλής-ταχύτητας.
• Ενεργή ψύξη αέρα: Χρησιμοποιεί ανεμιστήρα για να εξαναγκάσει τη μεταφορά. Έχει απλή δομή και είναι φθηνή στη συντήρηση, αλλά η θερμική αγωγιμότητα του αέρα είναι μόνο 0,026 W/(m·K), με αποτέλεσμα χαμηλή απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες. Βρίσκεται ως επί το πλείστον σε αυτοκίνητα εισαγωγικού- επιπέδου με τιμές κάτω των 100.000 RMB (όπως ορισμένα Wuling Hongguang MINI και BAIC New Energy οχήματα).
• Υγρόψυξη: Επί του παρόντος στάνταρ για οχήματα μεσαίας-προς-υψηλού επιπέδου-. Το ψυκτικό υγρό (υδατικό διάλυμα αιθυλενογλυκόλης) κυκλοφορεί για να απομακρύνει τη θερμότητα, εξυπηρετώντας τόσο τη γρήγορη-απαγωγή θερμότητας φόρτισης όσο και τη θέρμανση χαμηλής-θερμοκρασίας, και κατέχει το κύριο μερίδιο αγοράς.
• Άμεση ψύξη ψυκτικού: Το ψυκτικό του κλιματισμού εισάγεται απευθείας στον εξατμιστή εντός της μπαταρίας, επιτυγχάνοντας "μηδενική-απόσταση" απορρόφηση θερμότητας αλλαγής φάσης, με αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση.
▸ Immersion Cooling (Emerging Technology): Μικρές-εγκαταστάσεις παρτίδας μετά το 2024, μεγάλης-κλίμακας παραγωγή δεν είναι ακόμη διαθέσιμη. Τα στοιχεία της μπαταρίας βυθίζονται σε μονωτικό ψυκτικό υγρό (φθοριούχο υγρό/συνθετικός εστέρας), με αποτέλεσμα την πιο ομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας, αλλά με υψηλό κόστος και δυσκολία συντήρησης. επί του παρόντος μόνο ένας μικρός αριθμός μοντέλων το χρησιμοποιεί ως πιλοτική επιλογή.
Liquid Cooling:Βασικές Έννοιες και Αρχές
Η υγρή ψύξη χρησιμοποιεί ένα ψυκτικό μέσο (συνήθως ένα υδατικό διάλυμα αιθυλενογλυκόλης, με θερμική αγωγιμότητα περίπου 0,5 W/(m·K)) ως μέσο ανταλλαγής θερμότητας. Μια αντλία νερού οδηγεί το ψυκτικό υγρό να κυκλοφορεί στα κανάλια εντός της μπαταρίας, απορροφώντας θερμότητα πριν φτάσει στο Ψύκτη (ψύκτης μπαταρίας) για να ανταλλάξει θερμότητα με το ψυκτικό του κλιματισμού για ψύξη και στη συνέχεια να επιστρέψει στην πλάκα ψύξης. Βασικά εξαρτήματα: Ηλεκτρικός συμπιεστής → Ψυκτικό συγκρότημα → Ηλεκτρική αντλία νερού → Πλάκα υγρής ψύξης → Σώμα βαλβίδας (τεσσάρων-οδών/οκτώ-δρόμων) → θερμαντήρας PTC.
Φόντα
• Βέλτιστη ομοιομορφία θερμοκρασίας, έλεγχος της διαφοράς θερμοκρασίας κυψέλης εντός ±2 μοιρών, άμεση παράταση της διάρκειας ζωής και βελτίωση της συνοχής.
• Ώριμη τεχνολογία και καλά-καθιερωμένη αλυσίδα εφοδιασμού, που αντιπροσωπεύει την τρέχουσα κυρίαρχη λύση στην αγορά.
• Βαθιά ενοποίηση με τη θερμική διαχείριση του οχήματος (ανάκτηση απορριμμάτων θερμότητας κινητήρα, αντλία θερμότητας καμπίνας) και δυνατότητα προσθήκης PTC για θέρμανση σε χαμηλή-θερμοκρασία.
• Αρθρωτά αντικαταστάσιμες κρύες πλάκες για εύκολη συντήρηση.
Μειονεκτήματα
• Πολύπλοκο σύστημα με περισσότερα εξαρτήματα, με αποτέλεσμα περίπου 15%–20% υψηλότερο αρχικό κόστος.
• Ένα πρόσθετο κύκλωμα αντλίας νερού και ψυκτικού υγρού αυξάνει το βάρος του οχήματος και η κατανάλωση ισχύος της αντλίας νερού επηρεάζει την εμβέλεια.
• Κίνδυνος διαρροής ψυκτικού υγρού, που απαιτεί τακτικούς ελέγχους στάθμης ψυκτικού.
• Η έμμεση ανταλλαγή θερμότητας έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερες ταχύτητες απόκρισης σε σύγκριση με την άμεση ψύξη σε υψηλούς ρυθμούς φόρτισης.
Άμεση ψύξη: Βασικές έννοιες και αρχές
Η άμεση ψύξη ψυκτικού μέσου συνδυάζει σε μεγάλο βαθμό το σύστημα ψύξης της μπαταρίας με το σύστημα κλιματισμού-τοποθετώντας ουσιαστικά τον εξατμιστή του κλιματιστικού απευθείας στη μπαταρία. Το ψυκτικό (κύριο ρεύμα R134a, R1234yf, λανθάνουσα θερμότητα αλλαγής φάσης > 200 kJ/kg) εξατμίζεται και απορροφά θερμότητα εντός της απευθείας-πλάκας ψύξης, μεταφέροντας απευθείας τη θερμότητα από το στοιχείο της μπαταρίας. Βασικά εξαρτήματα: ηλεκτρικός συμπιεστής → συμπυκνωτής → ηλεκτρονική βαλβίδα εκτόνωσης → απευθείας-πλάκα ψύξης → αέριο-διαχωριστής υγρών, εξαλείφοντας την ανάγκη για αντλία νερού, κύκλωμα ψυκτικού υγρού και ψύκτη.
Φόντα
• Εξαλείφει το δευτερεύον στάδιο ανταλλαγής θερμότητας, μειώνοντας τη θερμική αντίσταση κατά περίπου 40% και αυξάνοντας την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας (στάδιο ανταλλαγής θερμότητας) κατά 20%–50% σε σύγκριση με την υγρή ψύξη (πολλαπλές προσομοιώσεις και δοκιμές πάγκου, που ποικίλλουν ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας.
• Ελαφρύτερο και πιο συμπαγές σύστημα (περίπου 30% μικρότερος όγκος), ωφέλιμο για οχήματα με περιορισμούς πλαισίου.
• Εξαλείφει τη συνεχή κατανάλωση ενέργειας της αντλίας νερού, μειώνοντας πιθανώς την κατανάλωση ενέργειας κατά περίπου 0,8 kWh ανά 100 χιλιόμετρα υπό τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας (ενιαία-εκτίμηση προσομοίωσης οχήματος, κυμαινόμενη με τις συνθήκες του δρόμου και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, μόνο για αναφορά).
• Συμβατό με σούπερ-ταχεία φόρτιση 800 V, με δυνατότητα διατήρησης 4C ή ακόμη υψηλότερων ρυθμών χωρίς υπερθέρμανση.
Μειονεκτήματα
• Οι πλάκες άμεσης ψύξης έχουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή στην πίεση και απαιτήσεις στεγανοποίησης, με αποτέλεσμα υψηλά εμπόδια κατασκευής και συναρμολόγησης.
• Η ροή δύο φάσεων καθιστά δύσκολο τον έλεγχο της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας: Σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλού φορτίου, το ψυκτικό είναι επιρρεπές σε ανομοιόμορφη κατανομή αερίων{1}}υγρού εντός της πλάκας άμεσης ψύξης, που οδηγεί σε τοπική υπερψύξη ή ανεπαρκή ανταλλαγή θερμότητας και σημαντική μείωση της ομοιομορφίας θερμοκρασίας.
• Η διαρροή ψυκτικού θα μολύνει άμεσα τη μονάδα μπαταρίας. υψηλή ενοποίηση σημαίνει ότι οι επισκευές συχνά απαιτούν πλήρη αντικατάσταση, με αποτέλεσμα υψηλό κόστος.
• Οι στρατηγικές ελέγχου είναι πολύπλοκες (κατά-κατά του παγετού, κατά-υπερψύξης) και η ωριμότητα τεχνολογίας είναι χαμηλότερη από εκείνη της υγρής ψύξης.
