Tehnologija upravljanja toplinom litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije zauzimaju važnu poziciju na globalnom tržištu napajanja i potrošačkih baterija, tako da je njihova tehnologija upravljanja toplinom uvijek dobivala veliku pozornost u industriji. Ove tehnologije se razvijaju od jednostavnog hlađenja bez zraka do složenog hlađenja, a svaka tehnologija ima svoje karakteristike i izazove. U nastavku su detaljno predstavljene različite tehnologije hlađenja.
hlađenje zrakom.
Hlađenje zrakom može se podijeliti na pasivno prirodno hlađenje i aktivno prisilno hlađenje. Obje metode koriste protok zraka za odvođenje topline koju stvara baterija kako bi se postiglo hlađenje. Njegove prednosti uključuju jednostavnu strukturu, nisku cijenu, zaštitu okoliša i nikakvo zagađenje.
Prirodno hlađenje: Ovo je pasivna tehnologija hlađenja koja zahtijeva samo dizajn kanala za rashladni zrak. Na primjer, rani električni automobil Nissan Leaf koristio je ovu metodu hlađenja. Međutim, ovom metodom teško je zadovoljiti potrebe učinkovitog hlađenja baterija za napajanje i može utjecati na vijek trajanja baterije.
Prisilno hlađenje zrakom: U usporedbi s prirodnim hlađenjem, ova tehnologija povećava protok zraka i poboljšava učinak hlađenja dodavanjem ventilatora i druge opreme. Ali to također znači povećanu buku i potrošnju energije. Osim toga, podešavanjem oblika kanala za protok zraka, učinak hlađenja može se dodatno poboljšati.
Tehnologija hlađenja tekućinom
Hlađenje tekućinom koristi rashladnu tekućinu za izmjenu topline baterije, učinkovito i brzo odvodeći toplinu. Ova se tehnologija dijeli na izravno hlađenje tekućinom i neizravno hlađenje tekućinom. Kod izravnog hlađenja tekućinom, rashladna tekućina je u izravnom kontaktu s baterijom, kao što je hlađenje tekućinom uranjanjem. Neizravno hlađenje tekućinom postiže učinak hlađenja kroz specifične komponente, kao što su rashladne ploče.
Rashladna ploča hlađenje tekućinom
U usporedbi sa zračnim hlađenjem, tehnologija tekućeg hlađenja rashladne ploče je učinkovitija, a rashladne ploče su uglavnom izrađene od aluminija ili aluminijske legure, a cijena je relativno niska. Glavni smjer istraživanja je optimizacija strukture i karakteristika protoka tekućine rashladne ploče kako bi se pojednostavio proces proizvodnje i povećala njegova učinkovitost.
Nedavna istraživanja usmjerena su na dizajn kanala rashladnog sredstva i smjer protoka rashladnog sredstva. Na primjer, neki su stručnjaci dizajnirali novu vrstu ploče za hlađenje tekućinom koja se temelji na zmijolikom protočnom kanalu. Ovaj novi dizajn može znatno poboljšati učinkovitost hlađenja pod određenim uvjetima. Neki su stručnjaci također dizajnirali rashladnu ploču saćaste strukture koja se temelji na kvadratnim baterijama. Ovaj dizajn poboljšava učinak rasipanja topline dodavanjem rashladnih kanala. Sve su ove studije ukazale da su razuman dizajn kanala rashladne tekućine i smjer protoka kritični za ujednačenost temperature. Sve u svemu, tehnologija rashladne ploče za hlađenje tekućinom prilično je zrela i široko se koristi u raznim električnim uređajima.
Sve u svemu, tehnologija hlađenja tekućinom s hladnom pločom vrlo je učinkovita za većinu scenarija primjene. Njegovi glavni materijali kao što su bakar i aluminij imaju dobra svojstva toplinske vodljivosti i umjereno su isplativi, što ih čini idealnim za upotrebu u električnim vozilima ili drugoj opremi s visokim zahtjevima za hlađenje. U praktičnim primjenama, kako bi se osigurali visokokvalitetni učinci hlađenja, potrebno je projektirati odgovarajuće rashladne kanale i odabrati odgovarajuće materijale na temelju vrste i strukture baterije.
Imerzijsko hlađenje tekućinom
Tehnologija hlađenja tekućinom za uranjanje potpuno uranja bateriju i druge komponente koje stvaraju toplinu u rashladnu tekućinu. U usporedbi s tradicionalnim zračnim hlađenjem, ova tehnologija smanjuje buku i potrošnju energije, a također bolje kontrolira temperaturu baterije. Unatoč izvrsnim rezultatima ove tehnologije, njezin glavni nedostatak je relativno velika težina i volumen sustava, što ograničava njegovu primjenu u električnim vozilima. Ali za fiksne elektrane za pohranu energije ova je tehnologija idealna.
Imerzijsko hlađenje tekućinom uglavnom koristi izolacijska ulja i fluoriranu tekućinu kao rashladno sredstvo, iako je cijena veća. Međutim, istraživanja su dokazala da ova tehnologija hlađenja može osigurati da prosječni porast temperature baterije ne prijeđe 5 stupnjeva, a temperaturna razlika između ćelija je samo 2 stupnja. To pomaže poboljšati životni vijek i sigurnost elektrana za pohranu energije.
Tehnologija hlađenja materijala s promjenom faze
Tehnologija upravljanja toplinom baterije koja se temelji na materijalima s promjenom faze (PCM) inovativna je metoda koja održava bateriju na optimalnoj temperaturi korištenjem karakteristika skladištenja i otpuštanja topline PCM-a. Prednosti ovog pristupa su nekoliko: ne zahtijeva dodatnu energiju, nema pomičnih dijelova, nije ga potrebno održavati i dobro obavlja svoj posao osiguravajući ujednačenu temperaturu baterije.
Trenutno, najčešće korišteni PCM materijali u upravljanju toplinom su: Organski materijali kao što su parafini, alkani i organske kiseline.
Anorganski materijali kao što su vodene otopine, hidrati soli i rastaljene soli.
Eutektički materijali
Međutim, toplinska vodljivost samog PCM-a nije visoka, pa se obično dodaju drugi materijali kao što su bakrena pjena, ekspandirani grafit i nanočestice kako bi se poboljšala njegova toplinska vodljivost. Ovo također može riješiti neke fizičke probleme PCM-a, kao što su problemi fluidnosti nakon promjene faze.
Da bismo ovo razumjeli intuitivnije, možemo se pozvati na neka nedavna istraživanja. Na primjer, neki su stručnjaci stvorili kompozitni materijal s faznom promjenom koji se sastoji od laurinske kiseline i parafinskog voska u kombinaciji s ekspandiranim grafitom. Ovaj materijal uspješno je smanjio maksimalnu temperaturu određene baterije na 42,39 stupnjeva. Druge studije također su pokazale da se učinak hlađenja PCM-a može dodatno poboljšati u kombinaciji s drugim metodama hlađenja, kao što je hlađenje zrakom.
Termoelektrična tehnologija hlađenja
Termoelektrično hlađenje je napredna tehnologija aktivnog hlađenja temeljena na Peltierovom efektu. Jednostavno rečeno, kada električna struja prolazi kroz određeni materijal, ona apsorbira toplinu s jedne strane i otpušta je s druge, stvarajući učinak hlađenja. Glavne prednosti ove tehnologije uključuju: bez rashladnih sredstava, nisku potrošnju energije, brzo pokretanje, dobru stabilnost, nisku razinu buke i bez pokretnih dijelova. Ali izazovi su također očiti, poput niske učinkovitosti hlađenja i poteškoća u proizvodnji velikih uređaja.
Istraživači su proveli velik broj eksperimenata kako bi optimizirali primjenu ove tehnologije u sustavima upravljanja toplinom baterije. Na primjer, neki su stručnjaci dizajnirali sustav koji kombinira dvostruke rashladne ploče od silicijevog dioksida s bakrenom mrežom i zračnim hlađenjem. Otkrili su da je debljina rashladne ploče od silicijevog dioksida povezana s temperaturnim performansama baterije, a 1,5 mm je utvrđeno kao optimalna debljina. Druga studija kombinirala je termoelektrično hlađenje s tekućinskim hlađenjem, a eksperimenti su pokazali da ta kombinacija može učinkovito poboljšati učinak hlađenja.
