Chế độ quản lý nhiệt của xe điện thuần túy:
Làm mát ngâm pin
Trong các ứng dụng mới của điện khí hóa ô tô, điều quan trọng là làm mát và làm nóng các bộ phận điện để duy trì chúng ở nhiệt độ vận hành tối ưu, vì điều này đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất của chúng. Vì vậy, một hệ thống quản lý nhiệt phù hợp là điều cần thiết. Nói cách khác, cần thiết kế một hệ thống quản lý nhiệt phù hợp dành riêng cho các bộ phận điện khí hóa được sử dụng.
Nếu nhiệt độ hoạt động của pin quá cao, điều này có thể dẫn đến mất dung lượng pin và trong trường hợp nghiêm trọng là hiện tượng thoát nhiệt. Nếu nhiệt độ hoạt động của pin quá thấp có thể dẫn đến giảm hiệu suất của pin, tăng điện trở, giảm dung lượng pin và hình thành các sợi nhánh lithium (lớp mạ lithium). Lớp mạ lithium sẽ khiến lõi pin bị lão hóa nhanh hơn và hỏng lõi.
Mục tiêu của quản lý nhiệt là đảm bảo hệ thống ở nhiệt độ hoạt động tối ưu và an toàn. Để làm phức tạp thêm vấn đề, nhiệt độ tối ưu của hệ thống pin có thể thay đổi tùy thuộc vào chế độ vận hành. Nhiệt độ tối ưu khi sạc nhanh có thể khác với nhiệt độ tối ưu khi lái xe hoặc đỗ xe (đỗ xe).
Các hệ thống quản lý nhiệt pin được sử dụng hiện nay chủ yếu bao gồm làm mát không khí, làm mát chất lỏng gián tiếp, làm mát chất lỏng trực tiếp (còn gọi là làm mát ngâm) và vật liệu thay đổi pha.
Mô tả các hệ thống làm mát khác nhau
Hệ thống làm mát bằng không khí được sử dụng rộng rãi nhất vì chúng thiết kế đơn giản, tiết kiệm chi phí và không có vấn đề rò rỉ. Làm mát không khí được chia thành loại chủ động sử dụng đối lưu cưỡng bức và loại thụ động sử dụng đối lưu tự nhiên. Không khí có công suất nhiệt nhỏ và độ dẫn nhiệt thấp so với các chất lỏng như chất lỏng, vì vậy làm mát bằng không khí khó có thể là công nghệ được lựa chọn cho thế hệ xe điện tiếp theo có bộ pin lớn hơn và sạc nhanh hơn.
Làm mát bằng chất lỏng có thể được chia thành hai phương pháp: gián tiếp và trực tiếp. Chất làm mát có nhiệt dung lớn hơn và độ dẫn nhiệt cao hơn không khí. Làm mát bằng chất lỏng gián tiếp hiện là một trong những giải pháp phổ biến nhất để quản lý nhiệt độ pin nhờ kiểm soát nhiệt độ cân bằng. Chất làm mát được sử dụng phổ biến nhất là hỗn hợp nước và ethylene glycol. Nguyên lý làm mát gián tiếp là cho phép chất làm mát chảy qua các kênh ở phía dưới hoặc bên cạnh mô-đun pin/pin để truyền nhiệt ra khỏi hệ thống.
Việc làm mát có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các vật liệu giao diện nhiệt cụ thể (TIM). Nhược điểm của làm mát bằng chất lỏng gián tiếp so với làm mát bằng không khí là độ phức tạp của hệ thống. Nhiều bộ phận và kênh/ống hơn có thể dẫn đến nhiều hỏng hóc hơn, tăng thêm trọng lượng và các vấn đề rò rỉ.
Một công nghệ làm mát mới nổi khác là làm mát bằng chất lỏng trực tiếp, còn được gọi là làm mát bằng ngâm, giúp nhúng hoàn toàn pin vào chất lỏng điện môi. Đây là chất lỏng không dẫn điện có khả năng chống sự cố điện cao. Sự ra đời của công nghệ này có nghĩa là độ phức tạp của quy trình pin và thiết kế thành phần có thể giảm đi đáng kể, điều này cũng giúp giảm trọng lượng và khối lượng của hệ thống, đồng thời cải thiện đáng kể độ ổn định và cân bằng của việc kiểm soát nhiệt độ pin. Làm mát ngâm có thể làm nóng hoặc làm mát pin khi cần thiết mà không cần sử dụng bộ trao đổi nhiệt, mang lại sự cải thiện đáng kể về hiệu suất.
Các đặc tính của chất làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý nhiệt và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Cách điện tốt
Nhiệt dung riêng cao và độ dẫn nhiệt cao
Không cháy và/hoặc điểm chớp cháy cao
Dễ sản xuất và có sẵn với số lượng lớn
Có khoảng nhiệt độ hoạt động phù hợp
Chất lỏng có thời hạn sử dụng lâu dài
Ngoài các yêu cầu trên, khả năng tương thích của vật liệu, mật độ thấp, độ nhớt thấp và thân thiện với môi trường cũng phải được xem xét khi lựa chọn chất làm mát ngâm phù hợp.
