Izravno hlađenje u odnosu na hlađenje tekućinom za novo energetsko voziloPaketi baterija:
Načela, prednosti i nedostaci
I. Zašto su baterije "osjetljive i na toplinu i na hladnoću"?
Učinkovitost baterija za napajanje snažno je povezana s temperaturom: iznad 45 stupnjeva, opadanje kapaciteta se ubrzava, a životni ciklus može se skratiti za više od 30%; iznad 60 stupnjeva, elektrolit se razgrađuje, SEI film puca, au teškim slučajevima dolazi do termičkog bježanja. Na niskim temperaturama, unutarnji otpor se povećava, tijekom punjenja dolazi do litijske presvlake i domet se smanjuje. Optimalni radni raspon za litij-ionske baterije općenito se smatra 25-40 stupnjeva, au inženjerstvu razlika temperature ćelije od<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.
Trenutno postoje četiri glavne vrste aktivnog hlađenja za osobna vozila, poredane od najčešće do najagresivnije:
• Pasivno hlađenje zrakom (prirodno hlađenje): Oslanja se na prirodnu konvekciju kroz rebra za izmjenu topline baterije. Ne troši nikakvu struju i ima najnižu cijenu, ali rasipanje topline je izuzetno sporo. Postupno je izbačen iz uobičajenih putničkih vozila i nalazi se samo u prvim -automobilima za niske brzine.
• Aktivno hlađenje zrakom: koristi ventilator za forsiranje konvekcije. Ima jednostavnu strukturu i jeftino je za održavanje, ali toplinska vodljivost zraka je samo 0,026 W/(m·K), što rezultira niskom učinkovitošću pri visokim temperaturama. Uglavnom se nalazi u početnim-automobilima čija je cijena ispod 100.000 RMB (kao što su neki Wuling Hongguang MINI i BAIC New Energy vozila).
• Hlađenje tekućinom: trenutno standardno u vozilima srednje-do-visoke- klase. Rashladna tekućina (vodena otopina etilen glikola) cirkulira kako bi uklonila toplinu, prilagođavajući se brzom-odvodu topline punjenja i grijanju na niskim-temperaturama, te drži glavni tržišni udio.
• Izravno hlađenje rashladnim sredstvom: Rashladno sredstvo klima uređaja izravno se uvodi u isparivač unutar baterije, postižući apsorpciju topline s promjenom faze na "nul-udaljenosti", što rezultira najvećom učinkovitošću.
▸ Uranjajuće hlađenje (tehnologija u nastajanju): male-serijske instalacije nakon 2024., velika-masovna proizvodnja još nije dostupna; ćelije baterije su uronjene u izolacijsku rashladnu tekućinu (fluorirana tekućina/sintetski ester), što rezultira najujednačenijim rasipanjem topline, ali uz visoke troškove i poteškoće u održavanju; trenutno ga samo mali broj modela koristi kao pilot opciju.
Liquid Cooling:Osnovni pojmovi i principi
Tekuće hlađenje koristi rashladno sredstvo (obično vodenu otopinu etilen glikola, toplinske vodljivosti od približno 0,5 W/(m·K)) kao medij za izmjenu topline. Vodena pumpa pokreće rashladnu tekućinu da cirkulira u kanalima unutar baterije, apsorbirajući toplinu prije nego što stigne do hladnjaka (hladnjaka baterije) za izmjenu topline s rashladnim sredstvom klima uređaja za hlađenje, a zatim se vraća na rashladnu ploču. Osnovne komponente: Električni kompresor → Rashladnik → Električna pumpa za vodu → Ploča za hlađenje tekućinom → Tijelo ventila (četvero-/osmo-putno) → PTC grijač.
Prednosti
• Optimalna ujednačenost temperature, kontrolira temperaturnu razliku ćelije unutar ±2 stupnja, izravno produžujući životni vijek i poboljšavajući konzistenciju;
• Razvijena tehnologija i dobro{0}}ustrojen opskrbni lanac, koji predstavljaju trenutno glavno rješenje na tržištu;
• Duboka integracija s upravljanjem toplinom vozila (rekuperacija otpadne topline motora, toplinska pumpa kabine) i mogućnost dodavanja PTC-a za grijanje pri niskim-temperaturama;
• Modularno zamjenjive hladne ploče za jednostavno održavanje.
Nedostaci
• Složen sustav s više komponenti, što rezultira približno 15%–20% većim početnim troškovima;
• Dodatna pumpa za vodu i krug rashladne tekućine povećavaju težinu vozila, a potrošnja energije pumpe za vodu utječe na domet;
• Rizik od istjecanja rashladne tekućine, zahtijeva redovite provjere razine rashladne tekućine;
• Neizravna izmjena topline rezultira sporijim brzinama odziva u usporedbi s izravnim hlađenjem pri visokim brzinama punjenja.
Izravno hlađenje: Osnovni koncepti i principi
Izravno hlađenje rashladnim sredstvom uvelike spaja sustav hlađenja baterije sa sustavom klimatizacije-u suštini postavljajući isparivač klima uređaja izravno u bateriju. Rashladno sredstvo (glavni tok R134a, R1234yf, latentna toplina promjene faze > 200 kJ/kg) isparava i apsorbira toplinu unutar izravne-rashladne ploče, izravno odvodeći toplinu iz ćelije baterije. Osnovne komponente: električni kompresor → kondenzator → elektronički ekspanzijski ventil → izravna-ploča za hlađenje → separator plina-tekućine, eliminirajući potrebu za vodenom pumpom, krugom rashladnog sredstva i hladnjakom.
Prednosti
• Eliminira sekundarnu fazu izmjene topline, smanjujući toplinski otpor za približno 40% i povećavajući učinkovitost izmjene topline (faza izmjene topline) za 20%–50% u usporedbi s hlađenjem tekućinom (višestruke simulacije i testovi na stolu, različiti s radnim uvjetima; ovo se odnosi na smanjenje toplinskog otpora u fazi izmjene topline, a ne nužno odgovarajuće poboljšanje ukupne energetske učinkovitosti vozila);
• Lakši i kompaktniji sustav (otprilike 30% manji volumen), koristan za vozila s ograničenjima šasije;
• Uklanja kontinuiranu potrošnju energije pumpe za vodu, potencijalno smanjujući potrošnju energije za približno 0,8 kWh na 100 kilometara pod istim radnim uvjetima (procjena simulacije jednog-vozila, koja varira ovisno o uvjetima na cesti i temperaturi okoline, samo za referencu);
• Kompatibilan sa super-brzim punjenjem od 800 V, sposoban za postojane 4C ili čak više brzine bez pregrijavanja.
Nedostaci
• Ploče za izravno hlađenje imaju iznimno visoku otpornost na pritisak i zahtjeve za brtvljenjem, što rezultira velikim preprekama u proizvodnji i montaži;
• Dvo{0}}fazni protok otežava kontrolu ujednačenosti temperature: u uvjetima niske temperature i niskog opterećenja, rashladno sredstvo je sklono neravnomjernoj distribuciji plina-tekućine unutar izravne rashladne ploče, što dovodi do lokalnog prekomjernog hlađenja ili nedovoljne izmjene topline i značajnog smanjenja ujednačenosti temperature;
• Curenje rashladnog sredstva izravno će kontaminirati baterijski modul; visoka integracija znači da popravci često zahtijevaju potpunu zamjenu, što rezultira visokim troškovima;
• Strategije upravljanja su složene (protiv-smrzavanja, protiv-pretjeranog hlađenja), a zrelost tehnologije niža je od zrelosti tekućinskog hlađenja.
