Въведение
Електрическите превозни средства (EV) предлагат множество предимства пред традиционните автомобили, задвижвани с бензин, включително намалено замърсяване на околната среда, по-висока енергийна ефективност и по-ниски нива на шум. Тъй като петролните ресурси намаляват и технологията за батерии напредва, електромобилите постигнаха или дори надминаха производителността и икономичността на конвенционалните превозни средства. Електромобилите представляват неизбежната тенденция на автомобилната индустрия към ново поколение, енергоспестяващи и екологични превозни средства.
Глобалното приемане на електромобили се ускорява, с известни автомобилни компаниикомпаниикато General Motors, Volkswagen, BMW, Mercedes-Benz, Toyota, Honda и Nissan представят електрически модели. вКитай, няколкопроизводителисъщо пуснаха на пазара EV продукти, като вече на пазара се предлагат много чисто електрически превозни средства и хибридни модели. Икономическите и екологични ползи на новите енергийни превозни средства все повече привличат интереса на потребителите.
Националните политики също подкрепят закупуването на електромобили чрез различни стимули и субсидии, като намаляват бариерите пред потребителите и ускоряват приемането на електромобили. Тъй като електромобилите стават все по-широко разпространени, все повече се признава значението на технологията за термично управление на батериите, която оказва влияние както върху безопасността, така и върху живота на батериите за електромобили.
Значение на термичното управление на батерията
Екологично и пазарно търсене на електромобили
За разлика от традиционните превозни средства, EVпроизвеждатбез емисии от ауспуха, което значително намалява замърсяването на въздуха. вКитай, бензиновите емисии са отговорни за 79% от замърсяването на въздуха по време на мъгливо време, а автомобилните изгорели газове значително допринасят за нивата на PM2,5, които са вредни за здравето. Ползите както за околната среда, така и за здравето се реализират чрез преминаване към електромобили, тъй като електромобилите могат да се зареждат с помощта на евтино електричество извън пиковите натоварвания. Освен това експлоатационните разходи на електромобилите са значително по-ниски от тези на бензиновите автомобили. Например енергийните разходи за EV са само около една четвърт от тези на бензинови автомобили, което ги прави все по-привлекателни за потребителите.
Правителствени политики в подкрепа на приемането на EV
TheКитайскиправителството показа силна подкрепа за развитието на EV. От 2001 г. насам тя реализира значителни инициативи и стратегически планове за насърчаване на изследванията и развитието на EV. Въведени са политики като освобождаване от данъци, стимули за покупки и финансиране на научни изследвания, за да се насърчи приемането на електромобили. Тези усилия подчертават ангажимента на правителството за ускоряване на растежа на пазара на електромобили.
Необходимост от ефективно управление на топлината на батерията
Батериите са в основата на електромобилите и са от решаващо значение за тяхната безопасност. Лошото управление на топлината може да доведе до изтичане на топлина, причинявайки запалване или експлодиране на батериите. Освен това температурата значително влияе върху производителността и живота на батерията. Изследванията показват, че работата на литиеви батерии при 45 градуса намалява живота им с около 60%. Ефективното управление на топлината може да подобри производителността на батерията с 30-40% и да осигури равномерно разпределение на температурата в батерийните пакети, като удължи живота и подобри безопасността.
Какво представлява термичното управление на батерията?
Термичното управление на батериите включва контролиране на температурата на батериите, за да се поддържа тяхната оптимална производителност и живот. Това включва точно измерване и наблюдение на температурата, ефективни механизми за охлаждане и отопление и осигуряване на равномерно разпределение на температурата в батерията. Една добре проектирана система за термично управление може значително да подобри производителността и безопасността на EV батериите.
Характеристики на термичното управление на батерията, базирано на парна камера
Институтът по физика и химия къмКитайскиАкадемията на науките е разработила уникално термично управлениерешениеза EV батерии, базирани на парни камери (VC). Товарешениесъчетава високата ефективност на течното охлаждане, простотата и надеждността на въздушното охлаждане и изотермичните свойства на фазово-променливото охлаждане. Основните характеристики на тази технология включват:
- Висока топлопроводимост:VC имат невероятно висока топлопроводимост, осигурявайки отлична равномерност на температурата и контролирайки външните температурни разлики на батерията в рамките на 3 градуса. С еквивалентна топлопроводимост до 200,000 W/m·K, VCs предлагат повече от 100 пъти по-висока топлопроводимост от чистата мед.
- Компактен и лек:VC са тънки (1-6 mm), компактни и леки, което ги прави лесни за интегриране с различни конфигурации на батерии.
- Ниска поддръжка:VC нямат движещи се части, което осигурява висока надеждност и ниски изисквания за поддръжка.
- Ползи за околната среда:Изработени основно от алуминий, VCs са екологични и рециклируеми.
- Висока надеждност:VCs могат да бъдат проектирани с множество резервни камери, осигуряващи продължителна работа дори ако част от камерата се повреди.
Връзка между производителността на батерията и температурата
Ефективността и продължителността на живота на батерията са тясно свързани с температурата. Например, капацитетът на литиево-железните фосфатни батерии значително намалява при ниски температури, докато при умерени температури се увеличава по-плавно. Поддържането на батериите в техния оптимален температурен диапазон е от решаващо значение за максимално увеличаване на тяхната производителност и живот.
Разпределение на температурата в батериите
Неравномерното разпределение на температурата в батериите може да доведе до несъответствия във вътрешното съпротивление и капацитет, потенциално причинявайки презареждане или прекомерно разреждане на отделните клетки. Правилното термично управление осигурява равномерно разпределение на температурата, подобрявайки производителността и безопасността на батерията.
Поради различните батерийни модули в един батериен пакет, температурните дисбаланси между модулите могат да влошат вътрешното съпротивление и несъответствията в капацитета. Ако не се управлява ефективно, това може да доведе до презареждане или прекомерно разреждане на някои клетки с течение на времето, засягайки производителността и продължителността на живота и създавайки рискове за безопасността. Температурната разлика между модулите е тясно свързана с разположението на батерията. Централните клетки натрупват топлина поради лоша вентилация, докато периферните клетки имат по-добри условия за охлаждане и са по-малко склонни към прегряване.
Термичното управление на батерията работи на две нива: първо, контролиране на околната температура, за да се поддържа в диапазон, който поддържа производителността на батерията, и второ, осигуряване на добра еднородност на температурата между отделните клетки, за да се осигури постоянна производителност. Следната графика за преходна термична симулация показва, че несъвършената система за термично управление увеличава температурните разлики между клетките, които нарастват с течение на времето.
Текущи технологии за термично управление на батерията
Традиционните системи за термично управление на батерията включват въздушно охлаждане, течно охлаждане и охлаждане с фазово променящ се материал (PCM). Всеки има своите предимства и ограничения:
- Въздушно охлаждане:Въпреки че е евтино и лесно за поддръжка, въздушното охлаждане може да се наложи да бъде преразгледано, за да отговори адекватно на изискванията за охлаждане на литиево-йонните батерии с голям капацитет, особено при високи скорости на разреждане и екстремни условия на околната среда. Например, проучванията показват, че въздушното охлаждане е недостатъчно, за да поддържа батерията в безопасни температурни граници при високи скорости на разреждане.
- Течно охлаждане:Осигурява по-добро охлаждане от въздушното охлаждане, но включва сложни системи и по-високи разходи. Осигуряването на изолация и предотвратяването на течове са критични предизвикателства. Системите за течно охлаждане са ефективни, но могат да бъдат предразположени към проблеми като течове и изискват по-сложна поддръжка.
- PCM охлаждане:Използва латентната топлина от фазовата промяна за управление на температурата, но може да не разсейва ефективно топлината по време на непрекъсната работа с висока мощност. PCM материалите трябва да бъдат внимателно избрани, за да се гарантира, че могат да се справят с термичното натоварване, без бързо да достигнат насищане.
Батериен пакет с течно охлаждане на електрическото превозно средство General Motors VOLT
Батерия с въздушно охлаждане на хибридния автомобил Toyota Prius
Батерия с течно охлаждане на хибридния автомобил Mercedes-Benz S400h
Предимства на VC-базираното термично управление на батериятаРешения
- Превъзходна топлопроводимост:Осигурява минимални температурни разлики и предотвратява натрупването на топлина, което е от решаващо значение за избягване на горещи точки и термично бягство.
- Компактен и лек дизайн:Лесна интеграция с различни конфигурации на батерии и охладителни системи. Тънкият профил на VCs ги прави подходящи за модерни компактни дизайни на батерии.
- Ниска поддръжка:Висока надеждност и минимални изисквания за поддръжка. Липсата на движещи се части означава по-малко точки на потенциален отказ.
- Ползи за околната среда:Алуминиевата конструкция е рециклируема и екологична. Това е в съответствие с целите за устойчивост на EV индустрията.
- Висока надеждност:Множество резервни камери осигуряват продължителна работа дори ако част от камерата се повреди. Това резервиране е от решаващо значение за поддържане на безопасността и производителността при различни работни условия.
Казус от внедряването
Условия за проектиране
A компаниянеобходима система за термично управление за чисто електрически автобус с акумулаторен пакет, състоящ се от 12 низа от 6 успоредни цилиндрични клетки, с общ капацитет от 150Ah - акумулаторният пакет е необходим, за да се справи с ток на зареждане от 500A и ток на разреждане от 250A.
Измерено генериране на топлина от батерията
Генерирането на топлина на отделни клетки на различни етапи от живота беше измерено при 4C условия на зареждане и разреждане. Резултатите показаха различни скорости на генериране на топлина, които информираха дизайна на системата за управление на топлината.
Дизайн на продуктовата структура
Въз основа на измерванията Kaixin Aluminium създаде дизайн на батериен пакет, включващ базирана на VC система за управление на топлината. Дизайнът включва подробни съображения за осигуряване на равномерно разпределение на температурата и ефективно разсейване на топлината във всички клетки.
Резултати от тестовете
Продуктът претърпя три цикъла на зареждане-разреждане, като през цялото време се наблюдаваше температурата. Резултатите показаха, че базираната на VC система ефективно контролира температурата на батерията, като я поддържа в желания диапазон и осигурява равномерно разпределение на температурата. Процесът на тестване включваше контролирани лабораторни условия и симулации в реалния свят, проверяващи производителността при различни сценарии.
Заключение
Термично управление, базирано на VCрешениеразработен от Kaixin Aluminium предлага високоефективен, компактен и надежден метод за управление на топлинните характеристики на EV батерии. Товарешениеподобрява производителността, безопасността и продължителността на живота на батериите за електромобили, като осигурява равномерно разпределение на температурата и предотвратява топлинното изтичане. С над 15 години опит в износа на висококачествени радиаторни продукти в Европа и предоставянетоперсонализиран решенияза големи предприятия Kaixin Aluminium е добре позициониран да отговори на развиващите се нужди на пазара на EV.