خنک کننده مستقیم در مقابل خنک کننده مایع برای خودروهای انرژی جدیدبسته های باتری:
اصول، مزایا و معایب
I. چرا باتری ها "هم به گرما و هم به سرما حساس هستند"؟
عملکرد باتری های نیرو به شدت با دما در ارتباط است: بالاتر از 45 درجه، کاهش ظرفیت تسریع می شود و عمر چرخه ممکن است بیش از 30٪ کوتاه شود. بالاتر از 60 درجه، الکترولیت تجزیه می شود، فیلم SEI پاره می شود و در موارد شدید، فرار حرارتی ایجاد می شود. در دماهای پایین، مقاومت داخلی افزایش مییابد، آبکاری لیتیوم در طول شارژ اتفاق میافتد و برد کاهش مییابد. محدوده عملکرد بهینه برای باتریهای لیتیوم{5} یونی معمولاً 25 تا 40 درجه در نظر گرفته میشود و در مهندسی، اختلاف دمای سلول<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.
در حال حاضر، چهار نوع اصلی خنک کننده فعال برای وسایل نقلیه سواری وجود دارد که از رایج ترین تا تهاجمی ترین رتبه بندی می شوند:
• خنک کننده هوای غیرفعال (خنک کننده طبیعی): متکی به همرفت طبیعی از طریق پره های تبادل حرارتی بسته باتری است. برق مصرف نمی کند و کمترین هزینه را دارد، اما اتلاف گرما بسیار کند است. این خودرو از وسایل نقلیه مسافربری اصلی کنار گذاشته شده است و فقط در خودروهای کم سرعت اولیه- یافت می شود.
• خنک کننده فعال هوا: از یک فن برای اجبار همرفت استفاده می کند. ساختار ساده ای دارد و نگهداری آن ارزان است، اما رسانایی حرارتی هوا تنها 0.026 W/(m·K) است که در دماهای بالا راندمان پایینی دارد. بیشتر در اتومبیلهای سطح{3} با قیمت کمتر از 100000 RMB یافت میشود (مانند برخی از Wuling Hongguang MINI و BAIC New Energy).
• خنک کننده مایع: در حال حاضر در وسایل نقلیه متوسط-تا-بالا{2}} استاندارد است. مایع خنککننده (محلول آبی اتیلن گلیکول) برای حذف گرما به گردش در میآید و هم برای دفع گرمای سریع-شارژ و هم گرمایش با دمای پایین-در جریان است و سهم اصلی بازار را در اختیار دارد.
• خنکسازی مستقیم مبرد: مبرد تهویه مطبوع مستقیماً به اواپراتور داخل بسته باتری وارد میشود و به جذب حرارت تغییر فاز «صفر{0}}فاصله میشود و در نتیجه بالاترین راندمان را به همراه دارد.
▸ خنک کننده غوطه ور (فناوری نوظهور): نصب های کوچک-بعد از سال 2024، تولید انبوه-در مقیاس بزرگ هنوز در دسترس نیست. سلولهای باتری در خنککننده عایق (مایع فلوئوردار/ استر مصنوعی) غوطهور میشوند که منجر به یکنواختترین اتلاف گرما میشود، اما با هزینه و دشواری نگهداری بالا. در حال حاضر تنها تعداد کمی از مدل ها از آن به عنوان یک گزینه آزمایشی استفاده می کنند.
شرکت مایعاولینگ:مفاهیم و اصول اولیه
خنک کننده مایع از یک خنک کننده (معمولاً محلول آبی اتیلن گلیکول، با هدایت حرارتی تقریباً 0.5 W/(m·K)) به عنوان محیط تبادل حرارت استفاده می کند. یک پمپ آب، مایع خنککننده را به گردش در کانالهای درون بسته باتری هدایت میکند، قبل از رسیدن به چیلر (کولر باتری) گرما را جذب میکند تا با مبرد تهویه مطبوع برای خنکسازی، گرما را مبادله کند و سپس به صفحه خنککننده بازگردد. اجزای اصلی: کمپرسور الکتریکی ← چیلر ← پمپ آب الکتریکی ← صفحه خنک کننده مایع ← بدنه شیر (چهار-هشت راه-) ← گرمکن PTC.
مزایا
• یکنواختی دمای مطلوب، کنترل تفاوت دمای سلول در ± 2 درجه، به طور مستقیم افزایش طول عمر و بهبود قوام.
• فنآوری بالغ و زنجیره تأمین تثبیتشده، نشاندهنده راهحل اصلی فعلی در بازار است.
• یکپارچگی عمیق با مدیریت حرارتی خودرو (بازیابی گرمای اتلاف موتور، پمپ حرارتی کابین)، و قابلیت افزودن PTC برای گرمایش با دمای پایین-.
• صفحات سرد قابل تعویض مدولار برای نگهداری آسان.
معایب
• سیستم پیچیده با اجزای بیشتر، که منجر به تقریباً 15% تا 20% هزینه های اولیه بالاتر می شود.
• یک مدار پمپ آب و خنک کننده اضافی وزن خودرو را افزایش می دهد و مصرف برق پمپ آب بر برد تاثیر می گذارد.
• خطر نشت مایع خنک کننده، که نیاز به بررسی منظم سطح مایع خنک کننده دارد.
• تبادل حرارت غیرمستقیم باعث کاهش سرعت پاسخ در مقایسه با خنک کننده مستقیم در نرخ شارژ بالا می شود.
خنک سازی مستقیم: مفاهیم و اصول اولیه
خنککننده مستقیم مبرد، سیستم خنککننده باتری را به شدت با سیستم تهویه مطبوع پیوند میدهد-در اصل اواپراتور کولر گازی را مستقیماً در بسته باتری قرار میدهد. مبرد (جریان اصلی R134a، R1234yf، گرمای نهان تغییر فاز > 200 کیلوژول بر کیلوگرم) تبخیر میشود و گرما را در صفحه خنککننده مستقیم-جذب میکند و مستقیماً گرما را از سلول باتری میبرد. اجزای اصلی: کمپرسور الکتریکی ← کندانسور ← شیر انبساط الکترونیکی ← مستقیم-صفحه خنککننده ← گاز-جداکننده مایع، که نیاز به پمپ آب، مدار خنککننده و چیلر را از بین میبرد.
مزایا
مرحله تبادل حرارتی ثانویه را حذف میکند، مقاومت حرارتی را تقریباً 40% کاهش میدهد و راندمان تبادل حرارتی (مرحله تبادل گرما) را 20% تا 50% در مقایسه با خنککننده مایع افزایش میدهد (شبیهسازیهای متعدد و تستهای روی تخت، متفاوت با شرایط عملیاتی؛ این به کاهش مقاومت حرارتی در مرحله تبادل حرارت اشاره دارد، نه لزوماً در بهبود کل انرژی خودرو).
• سیستم سبک تر و فشرده تر (تقریباً 30 درصد حجم کمتر)، برای وسایل نقلیه با محدودیت شاسی مفید است.
• مصرف برق مداوم پمپ آب را حذف می کند، به طور بالقوه مصرف انرژی را تقریباً 0.8 کیلووات ساعت در هر 100 کیلومتر تحت شرایط عملیاتی یکسان کاهش می دهد (تخمین شبیه سازی یک وسیله نقلیه، در نوسان با شرایط جاده و دمای محیط، فقط برای مرجع).
• سازگار با شارژ فوق سریع 800 ولت، با قابلیت شارژ 4 درجه سانتی گراد یا حتی بالاتر بدون گرم شدن بیش از حد.
معایب
• صفحات خنک کننده مستقیم دارای مقاومت فشار بسیار بالا و الزامات آب بندی هستند که منجر به موانع تولید و مونتاژ بالا می شود.
• جریان دو فازی کنترل یکنواختی دما را دشوار میکند: در شرایط دمای پایین و بار کم، مبرد مستعد توزیع ناهموار گاز{1}مایع در صفحه خنککننده مستقیم است که منجر به خنکسازی موضعی یا تبادل حرارت ناکافی و کاهش قابل توجه یکنواختی دما میشود.
• نشت مبرد به طور مستقیم ماژول باتری را آلوده می کند. ادغام بالا به این معنی است که تعمیرات اغلب نیاز به تعویض کامل دارد و در نتیجه هزینه های بالایی را به همراه دارد.
• راهبردهای کنترل پیچیده هستند (ضد-ضد یخبندان، ضد-خنک کردن بیش از حد)، و بلوغ فناوری کمتر از خنک کننده مایع است.
