Mikilvægi hitastjórnunar í rafhlöðupökkum fyrir rafbíla
Að halda rafknúnum ökutækjum gangandi á öruggan og skilvirkan hátt kemur í raun niður á hitastjórnun. Lithium-rafhlöður eru vandlátar-þeim líkar við hluti á milli 20 og 40 gráður á Celsíus. Ýttu þeim heitari og þú ert að biðja um vandræði. Raflausnin byrjar að brotna niður, SEI lagið þykknar og áður en þú veist af tapar rafhlaðan afkastagetu, verður óhagkvæmari og í versta falli kviknar í hlutum eða springur jafnvel.
Kalt veður er ekki mikið ljúfara. Þegar hitastigið lækkar hægist á efnafræði rafhlöðunnar. Innri viðnám eykst. Allt í einu færðu hvorki kraftinn né þann hleðsluhraða sem þú þarft. Jafnvel lítill munur-bara fimm-gráða sveifla á milli frumna-leiðir til ójafnrar öldrunar. Sumar frumur verða gamlar fyrir sinn tíma á meðan aðrar sitja eftir.
Svo, niðurstaða? Að halda hverri frumu við um það bil sama hitastig gerir hlutina ekki bara öruggari. Það heldur bílnum upp á sitt besta og hjálpar rafhlöðunni að endast miklu lengur.
Loftkæling fyrir rafhlöðupakka EV
Loftkæling virkar með því að færa loft yfir eða í gegnum rafhlöðupakkann til að draga hita í burtu. Stundum er það bara loftið sem hreyfist þegar bíllinn keyrir (það er óvirkt), stundum vinna viftur eða blásarar verkið (sem er virkt). Öll uppsetningin er einföld-engar flóknar pípulagnir, ekki mikil aukaþyngd og hún er ódýr. Þess vegna sérðu það í fyrstu rafbílum eða minni farartækjum. Þeir nota bara rásir og nokkrar viftur-ekkert rugl með vökva eða þungum hlutum.
En það er gripur. Loft er bara ekki frábært að flytja hita. Það er miklu minna þétt en vökvi, þannig að það getur ekki sogað upp mikla orku. Þegar rafhlöður fara að vinna hörðum höndum, sérstaklega við hraðhleðslu eða mikla notkun, fellur loftkæling á eftir. Það getur bara ekki haldið öllum frumum við stöðugt hitastig eða séð um hita sem nútíma rafbílar dæla út. Þessa dagana virkar loftkæling aðeins fyrir einföldustu rafhlöðuuppsetningar. Allt meira krefjandi þarf eitthvað betra.
Kostir:Þetta er einföld uppsetning-bara örfáir hlutar, svo það helst létt og þarfnast ekki mikillar viðhalds. Þú þarft ekki að hafa áhyggjur af leka kælivökva og þegar bíllinn er á hreyfingu getur hann notað loftið sem flýtur framhjá til að kæla hlutina niður.
Takmarkanir:Kælikrafturinn er frekar veik. Heitir reitir skjóta upp kollinum, sérstaklega ef þú ert að ýta bílnum fast eða hleðst hratt, því loft er bara ekki frábært við að flytja hita. Það getur slitið íhlutum hraðar eða jafnvel valdið því að kerfið slekkur á sér. Satt að segja getur þessi aðferð einfaldlega ekki haldið í við há-afköst eða há-orku rafbíla.
Vökvakæling fyrir rafhlöðupakka EV
Vökvakæling er valið-fyrir flesta meðal- og há-rafmagnsbíla þessa dagana. Svona virkar það: Dæla þrýstir kælivökva-yfirleitt vatns-glýkólblöndu-í gegnum rásir eða kaldar plötur sem sitja beint upp að rafhlöðufrumum. Þegar kælivökvinn tekur upp hita frá rafhlöðunum fer hann yfir í varmaskipti sem losar þann hita með því að nota annað hvort loft eða kælimiðil. Þar sem vökvar bera hita mun betur en loft gerir, halda þessi kerfi hitastig rafhlöðunnar stöðugu og jöfnu. Það er í rauninni ástæðan fyrir því að næstum öll langdræg rafknúin farartæki notar vökva-kælda rafhlöðupakka. Með betri hitafjarlægingu geta þessir pakkar þolað meiri afköst og ofur-hraðhleðslu án þess að ofhitna.
Kostir:Vökvakæling dregur hita fljótt út og heldur hitastigi jafnt yfir allar frumur. Það þýðir að rafhlöður endast lengur og þú færð hraðari hleðslu. Kælivökvi er miklu betri en loft við að flytja hita, svo þessar pakkningar geta séð um háan hleðsluhraða án svita.
Ókostir:Þú endar með flóknara og þyngra kerfi. Það þarf dælur, slöngur, varmaskipti og öll raftæki til að stjórna þeim og allt þarf að vera þétt. Það er meira sem þarf að viðhalda líka-dælur eða lokar geta brotnað og leki er raunverulegt vandamál. Auk þess taka allir þessir aukahlutir pláss og auka þyngd, sem skerðir heildarhagkvæmni þína aðeins.
Phase-Change Material (PCM) kæling
Fasabreytingarefni, eða PCM, virka eins og hitadeyfar fyrir rafhlöður. Þú munt venjulega finna þau sem vax eða sölt sem eru geymd í kringum frumurnar. Þegar rafhlaðan hitnar framhjá ákveðnum punkti bráðnar PCM og dregur í sig mikla orku þegar það fer úr föstu formi í fljótandi. Ef hlutirnir kólna aftur storknar það og losar þann geymda hita til baka. Þetta ferli hjálpar til við að halda hitastigi í skefjum, sérstaklega við hraðhleðslu-eins og þegar þú ýtir hart á inngjöfina eða stingur í samband fyrir hraðhleðslu.
Kostir:Það er algjörlega óvirkt, svo þú þarft enga orku til að keyra það. Engar viftur, engar dælur-bara kerfi sem jafnar hljóðlega út hitastig. PCM stígur inn til að verja frumur fyrir stuttum hitabylgjum og hjálpa til við að halda pakkningunni við öruggt hitastig þegar skyndilegt álag er.
Takmarkanir:Gallinn? PCM flytja ekki hita mjög vel á eigin spýtur. Þegar þeir eru búnir að skipta um fasa geta þeir ekki sogið í sig meiri hita. Ef þú ert að takast á við viðvarandi háan hita er óvirk kæling bara ekki nóg. Til að draga hita í raun frá PCM þarftu venjulega aukahluti-hugsaðu um grafítugga eða hitapípur-til að vinna verkið.
Hitapípukæling (varmaleiðsla)
Hitapípur eru í grundvallaratriðum lokaðar málmrör með smá vökva inni. Þeir flytja hita hratt með því að láta þann vökva stöðugt gufa upp og þéttast, svo þú missir varla hitastig á leiðinni. Í rafhlöðupökkum skaltu hugsa um hitapípur sem varma "ofurleiðara." Þú getur stungið þeim inni í einingar eða fest þær beint við frumurnar til að draga hita frá heitum reitum í flýti. Stundum flytur hitapípa bara hita yfir á kaldara svæði eða beint inn í kalda-platanetið. Á lengd þeirra leiða þeir í raun hita þúsund sinnum betur en solid kopar, sem gerir þá fullkomna til að stjórna staðbundnum heitum reitum. Þú munt oft sjá þau innbyggð í vökva-kæld kerfi-eins og kaldar plötur-til að hjálpa til við að dreifa hitastigi yfir heila einingu.
Kostir:Þessir hafa ótrúlega hitaleiðni, þannig að þeir dreifa hita til hliðar mjög vel. Þegar þú tengir -fjarlægðar frumur, hjálpa þær að koma jafnvægi á hitastigið, sem dregur úr öllu "veikustu frumunni" vandamálinu. Auk þess vinna þeir á eigin spýtur-þarf ekki afl.
Takmarkanir:Venjulega notar fólk þá bara til punktkælingar, ekki sem aðalkælikerfi. Þú verður að innsigla þá rétt og fylgjast vel með því hvernig þú setur upp uppbyggingu wicks. Þeir auka líka kostnaðinn og gera pakkningahönnunina flóknari. Og á endanum þarftu samt eitthvað annað, eins og kaldan disk, til að flytja hitann úr pakkningunni.
Samanburður á kæliaðferðum
Hér er niðurstaðan: hver kæliaðferð hefur sína eigin styrkleika og höfuðverk.
Loftkæling:Það er óhreint ódýrt og dauða einfalt. Þú þarft varla neinn aukabúnað, en satt að segja, það bara klippir það ekki fyrir alvarlegan hita. Hitastigið hoppar um og það getur ekki fylgst með ef þú ert að ýta hart á rafhlöðuna. Það virkar í raun aðeins fyrir eldri-skóla eða rafmagnslítið-afl.
Vökvakæling:Það er þar sem flestir nútíma rafbílar lenda. Það heldur hlutunum jöfnum og köldum, jafnvel við hraðhleðslu. Vissulega virkar það frábærlega, en nú ertu að fást við dælur, rör og þéttingar-ásamt aukaþyngd og kostnaði. Samt sem áður er það staðall fyrir allt meðal-svið eða betra.
PCM biðminni:Það er soldið gáfulegt. Hann dregur í sig hitatoppa án þess að nota nokkurn kraft, en þegar hann er fullur hættir hann að hjálpa. Fólk parar það venjulega við fljótandi kælingu fyrir auka biðminni.
Hitapípur:Þeir eru eins og leysir-einbeittir vandamálaleysingjarnir. Þeir flytja hitann hratt frá heitum reitum og hjálpa til við að jafna hlutina, en þú þarft samt eitthvað annað-eins og hitaupptökutæki-til að losa hitann. Þeir skína sem hluti af stærra kerfi, ekki á eigin spýtur.
Háþróaðar aðferðir (komandi):Dýfingarkæling, til dæmis, dýfir rafhlöðunni bókstaflega í sérstakan vökva. Þessi aðferð fjarlægir hita ótrúlega hratt-fullkomið ef þú vilt ofur-hraðhleðslu. En það verður erfitt að stjórna vökvanum. Sumir hágæða rafbílar nota meira að segja kælimiðil bílsins með loftræstingu til að kæla rafhlöðuna beint, sem er frábær skilvirkt en ekki beint einfalt í notkun.
Áhrif á öryggi, frammistöðu og endingu rafhlöðunnar
Hitastjórnun er ekki bara tæknileg smáatriði-það er mikið mál fyrir öryggi og frammistöðu rafbíla. Þegar rafhlöður verða of heitar aukast líkurnar á eldi eða jafnvel sprengingum mikið. Ofhitnun getur komið af stað eitthvað sem kallast hitauppstreymi, þar sem frumurnar hefja í grundvallaratriðum keðjuverkun og hita sig enn meira. Það er hættulegt fyrir alla, ekki bara fólkið í bílnum heldur líka fyrstu viðbragðsaðila.
En það snýst ekki bara um að vera kaldur. Ef kerfið stjórnar ekki hita vel eldast rafhlöður hraðar. Það er þumalputtaregla: í hvert sinn sem hitastigið fer 10 gráður yfir sæta blettinn minnkar líftími rafhlöðunnar um helming. Ýttu þeim harkalega í kringum 50 gráður og þú munt sjá þá missa um 60% af getu sinni eftir aðeins nokkur hundruð lotur.
Kuldi er heldur ekki mikill. Við lágt hitastig berjast rafhlöður þar sem jónir geta ekki hreyft sig eins frjálsar. Það þýðir minna afl, hægari hleðslu og bara slök viðbrögð í heildina. Og hér er eitthvað sem fólk gleymir stundum: Jafnvel hitastig yfir allar frumur er lykilatriði. Ef sumar frumur verða heitari eða kaldari en aðrar, endar allur rafhlöðupakkinn á því að skila árangri á stigi veikustu frumunnar. Það eyðir getu og styttir endingu rafhlöðunnar.
Öryggi:Með því að halda frumum köldum kemur í veg fyrir að þær ofhitni og kvikni í þeim. Góð kæling er ekki bara gott að hafa-það er kjarni í öryggisáætlun hvers farartækis.
Frammistaða:Rafhlöður virka best á milli 20 og 40 gráður á Celsíus. Of kalt og þeir geta bara ekki skilað þeim krafti sem þú vilt. Of heitt, og þú færð meiri viðnám og tapar spennu hratt.
Rafhlöðuending: Þegar þú heldur hitastigi stöðugu og köldum endast frumurnar lengur og slitna ekki eins fljótt. Jafnt hitastig yfir allan pakkann þýðir að engin ein fruma verður ýtt of fast. Satt að segja getur traust kælikerfi gert það að verkum að rafhlaða endist meira en tvöfalt lengur en sú sem er alltaf heit.
Ný tækni og þróun
EV rafhlöður verða öflugri og hlaðast hraðar en nokkru sinni fyrr, svo það er alvöru ýtt á að betri kælitækni. Immersion cooling er að vekja mikla athygli núna. Það er einfalt: dýfðu rafhlöðufrumunum beint í sérstakan vökva sem leiðir ekki rafmagn, sem hleypir hita út miklu hraðar. Svona uppsetning ræður við alvarlegan hita-nógu til að gera brjálaða-hraðhleðslu, eins og yfir 1000 kW, í raun og veru.
Sumt fólk notar eigin A/C kælimiðil bílsins til að kæla rafhlöðurnar, sem virkar sérstaklega vel þegar það er heitt úti. Það er líka mikið suð í kringum hugmyndir eins og tveggja-fasa kerfi, þar sem kælivökvi sýður til að flytja varma frá sér, eða örrásir-ofurlitlar göngur sem flytja hitann út enn hraðar.
Ofan á það eru rannsakendur að fikta við varmaorkueiningar og sérstaka fleti sem geislar hita í burtu, annað hvort til að kæla blett eða bara til að losa um auka hlýju. Efnisfræði er líka í leiknum. Fólk blandar efni með mikilli-leiðni í fasa-breytingarefni, eða smíðar froðu úr nanó-uppbyggðu grafíti, allt til að hjálpa rafhlöðum að haldast köldum án mikillar fyrirhafnar.
Og svo er það hugbúnaðarhliðin. Rafhlöðustjórnunarkerfi verða snjallari, nota háþróaða reiknirit og jafnvel gervigreind til að spá fyrir um og stjórna kælingu í rauntíma. Allt saman er þetta ansi spennandi tími fyrir hitauppstreymi rafhlöðu.
Hönnunaráskoranir og OEM sjónarmið
Það er ekki auðvelt að byggja upp rafhlöðuhitastjórnunarkerfi (TMS) í bíl. Framleiðendur þurfa að hagræða mikið - þannig að kerfið virki vel án þess að auka kostnað, þyngd eða éta upp dýrmætt pláss. Vökvakæling og stórir varmaskiptir, til dæmis, taka pláss undir gólfinu eða hettunni og pakka á sig fleiri kílóum, sem getur splundrast við hvaða hagkvæmni sem er. Há-spennuuppsetningar (hugsaðu um 400 til 800 volt) hafa sinn eigin höfuðverk, krefjast topp-einangrunar og öryggis fyrir alla kælivökvahlutana. Sérhver hringrás og tengi þarf að ná ströngum skrið- og úthreinsunarmerkjum og halda uppi grófum titringi og villtum hitasveiflum.
Svo er það veðrið til að hugsa um. Á köldum stöðum þurfa rafhlöður hitara - hvort sem er PTC eða varmadæla - til að ná þeim hratt upp í hitastig. Það hrannast bara upp flóknari. Og ekki gleyma viðhaldi og áreiðanleika. Dælur, lokar, skynjarar - hver og einn bætir við öðru sem gæti bilað. Þannig að á endanum verða verkfræðingar að finna rétta jafnvægið. Þeir þurfa að gera TMS eins einfalt og mögulegt er án þess að fórna drægni, kostnaði eða, síðast en ekki síst, öryggi og endingu rafhlöðunnar. Þetta er erfið þraut þar sem mikið ríður á lausnina.
Samþætting við ökutækjaarkitektúr
Hitakerfi rafgeymisins virkar samhliða loftræstingu og aflrás bílsins. Í mörgum rafknúnum farartækjum finnurðu sameiginlegar kælilykkjur-sömu varmadæluna eða straumþjöppu og eimsvala höndla bæði farþegarýmið og rafhlöðuna, bara í mismunandi stillingum. Svo segðu að það sé sumar: AC kælir rafhlöðuna með því að nota sameiginlegan uppgufunarbúnað. Þegar það er kalt úti getur hitinn sem eimsvala rafgeymisins gefur frá sér í raun hjálpað til við að hita farþegarýmið upp. Venjulega setja verkfræðingar upp aðskildar kælivökvalykkjur-eina fyrir rafhlöðuna (sem rennur í gegnum kalda plöturnar hennar), aðra fyrir farþegarýmið eða mótorinn-og binda þær síðan saman með plötuvarmaskiptum þegar þeir þurfa að flytja varma. Stýrikerfin toga í strengina á bak við tjöldin: rafgeymastjórnunarkerfið og hitastýringin ákveða hversu hratt dælurnar og vifturnar ganga og hvar ventlarnir eiga að vera, allt út frá því hvað rafhlöðusellurnar og restin af bílnum eru að gera. Og með nýrri-háspennuuppsetningu flækjast varma- og rafhönnun enn frekar-þessi þéttu 800 V kerfi gera það að verkum að hver varmahluti þarf að passa þröngt rými og einangrunarreglur. Þegar öllu er á botninn hvolft breytist það að hanna allt hitastjórnunarkerfið í stóra þraut og þú verður að hagræða öllu saman.
PowerWinxbýður upp á háþróaða EV hitastjórnunaríhluti og sérsniðnar rafhlöðukælilausnir. Með djúpri sérfræðiþekkingu í hönnun varmaskipta og kælikerfis hjálpar PowerWinx OEMs að samþætta nákvæmni kælieiningar í rafhlöðupakkana sína. Sérsniðnar lausnir okkar tryggja skilvirka hitafjarlægingu og samræmda hitastýringu, sem bætir rafhlöðuöryggi, afköst og langlífi í nútíma rafknúnum ökutækjum.
EV hitastjórnunarlausn
EV hitastjórnunarlausn
