Hiện trạng công nghệ quản lý nhiệt cho hệ thống ắc quy xe điện

Hiện trạng công nghệ quản lý nhiệt cho hệ thống ắc quy xe điện

Nghiên cứu tản nhiệt của pin điện có thể được chia thành tản nhiệt không khí, tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng, tản nhiệt vật liệu thay đổi pha rắn và tản nhiệt ống dẫn nhiệt. Các công nghệ tản nhiệt chính hiện có chủ yếu là ba công nghệ trước đây.

Hệ thống làm mát không khí

Hệ thống tản nhiệt làm mát bằng không khí còn được gọi là hệ thống tản nhiệt làm mát bằng không khí. Phương pháp tản nhiệt làm mát bằng không khí là đơn giản nhất. Nó chỉ cần để không khí lưu chuyển qua bề mặt pin để lấy đi nhiệt lượng do pin điện tạo ra để đạt được mục đích làm mát bộ pin điện. Theo các biện pháp thông gió khác nhau, loại làm mát bằng không khí có hai cách tản nhiệt đối lưu tự nhiên và tản nhiệt thông gió cưỡng bức.

Tản nhiệt đối lưu tự nhiên không dựa vào các biện pháp thông gió cưỡng bức bên ngoài (chẳng hạn như thêm quạt, v.v.) mà chỉ sử dụng luồng không khí do chất lỏng bên trong bộ pin tạo ra do nhiệt độ thay đổi để làm mát và tản nhiệt.

Hệ thống làm mát đối lưu cưỡng bức là hệ thống làm mát dựa trên hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên cộng với công nghệ thông gió cưỡng bức tương ứng.

Hiện nay, chủ yếu có hai loại hệ thống tản nhiệt làm mát bằng không khí cho pin điện: nối tiếp và song song. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này kém và khó đạt được độ đồng đều nhiệt độ cao của pin.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng

Hệ thống tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng của pin điện dùng để chỉ hệ thống tản nhiệt trong đó chất làm lạnh tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với pin nguồn, sau đó lấy đi nhiệt sinh ra trong bộ pin thông qua sự tuần hoàn của chất lỏng để đạt được khả năng tản nhiệt . Chất làm lạnh có thể là nước, hỗn hợp nước và ethylene glycol, dầu khoáng, R134a, v.v. Những chất làm lạnh này có tính dẫn nhiệt cao và có khả năng tản nhiệt tốt hơn.

Công nghệ làm mát bằng chất lỏng của pin điện hiện nay cũng có công nghệ khá trưởng thành và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tản nhiệt của xe điện. Ví dụ, bộ pin Tesla sử dụng phương pháp làm mát bằng chất lỏng gồm hỗn hợp nước và ethylene glycol để tản nhiệt. BMW i3 sử dụng R134a để tản nhiệt.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng thường yêu cầu thiết kế kết cấu phức tạp và khắt khe hơn để ngăn chặn sự rò rỉ chất làm lạnh lỏng và đảm bảo tính đồng nhất của các cell pin trong bộ pin, đồng thời cấu trúc phức tạp của hệ thống làm mát bằng chất lỏng cũng khiến toàn bộ hệ thống tản nhiệt trở nên khó khăn hơn. rất cồng kềnh, không chỉ làm tăng trọng lượng của toàn bộ chiếc xe mà còn làm tăng đáng kể gánh nặng cho toàn bộ chiếc xe, đồng thời, do cấu trúc phức tạp và hiệu suất bịt kín cao nên tương đối khó bảo trì và bảo trì hệ thống làm mát bằng chất lỏng, đồng thời chi phí bảo trì cũng tăng theo.

Hệ thống làm mát vật liệu thay đổi pha

Hệ thống tản nhiệt vật liệu thay đổi pha sử dụng vật liệu thay đổi pha làm môi trường truyền nhiệt và sử dụng các đặc tính của vật liệu thay đổi pha để lưu trữ và giải phóng năng lượng khi xảy ra sự thay đổi pha để đạt được hiệu quả gia nhiệt ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. tản nhiệt cho pin điện. Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt của vật liệu chuyển pha tương đối thấp. Để thay đổi những khuyết điểm vốn có của vật liệu, người ta điền một số vật liệu kim loại vào vật liệu chuyển pha. Ví dụ, trong một số nghiên cứu, các tấm nhôm rất mỏng được đổ vào vật liệu chuyển pha để cải thiện tính dẫn nhiệt. mục đích của. Để cải thiện tính dẫn nhiệt của vật liệu chuyển pha, người ta cũng đề xuất đưa sợi carbon, ống nano carbon, v.v. vào vật liệu chuyển pha.

Hệ thống làm mát ống dẫn nhiệt

Là một bộ phận dẫn nhiệt hiệu quả, ống dẫn nhiệt có thể truyền năng lượng nhiệt nhanh chóng và hiệu quả từ nơi này sang nơi khác, nghĩa là nó có thể truyền nhiệt nhanh chóng và hiệu quả giữa hai vật thể.

Trong hệ thống quản lý nhiệt của xe điện, nhiều học giả trong và ngoài nước cũng đã ứng dụng ống dẫn nhiệt, một bộ phận dẫn nhiệt vào việc tản nhiệt của pin điện. So với hệ thống tản nhiệt đối lưu cưỡng bức truyền thống, trong hệ thống tản nhiệt có ống dẫn nhiệt, pin điện không chỉ có thể duy trì phạm vi nhiệt độ hoạt động bình thường mà còn duy trì sự đồng đều về nhiệt độ giữa các tế bào pin, được làm mát cưỡng bức . Hiệu quả mà hệ thống làm mát không thể đạt được. Tuy nhiên, khối lượng và thể tích của nó quá lớn và có giới hạn truyền nhiệt.

Hệ thống sưởi pin xe điện

Bốn phương pháp tản nhiệt từ pin đã được giới thiệu ở trên, sau đó sẽ giới thiệu phương pháp làm nóng để pin thích ứng với môi trường nhiệt độ thấp.

Hệ thống sưởi ấm chủ yếu bao gồm các bộ phận làm nóng và mạch điện, trong đó bộ phận làm nóng là bộ phận quan trọng nhất. Các bộ phận làm nóng thông thường bao gồm các bộ phận làm nóng có điện trở thay đổi và các bộ phận làm nóng có điện trở không đổi. Cái trước thường được gọi là PTC (hệ số nhiệt độ dương), và cái sau là màng sưởi thường bao gồm các dây đốt nóng bằng kim loại, chẳng hạn như màng sưởi silicon, màng sưởi điện linh hoạt, v.v.

PTC được sử dụng rộng rãi vì sử dụng an toàn, hiệu suất chuyển đổi nhiệt cao, tăng nhiệt độ nhanh, không có ngọn lửa và nhiệt độ không đổi tự động. Giá thành rẻ là yếu tố thuận lợi cho loại pin điện giá cao hiện nay. Màng gia nhiệt điện linh hoạt cách nhiệt là một loại lò sưởi khác, có thể uốn cong theo hình dạng tùy ý của phôi, đảm bảo tiếp xúc chặt chẽ với phôi và đảm bảo truyền năng lượng nhiệt tối đa. Màng sưởi silicon là một bộ phận làm nóng bề mặt mỏng có tính linh hoạt, nhưng nó cần tiếp xúc hoàn toàn và chặt chẽ với vật được làm nóng, và độ an toàn của nó kém hơn PTC.