Aku soojusjuhtimine
Miks on vedelad külmplaadid EV aku jahutamiseks hädavajalikud?
Liitium{0}}ioonakud on muutnud viisi, kuidas me energiat salvestame ja kasutame. Alates elektrisõidukitest ja energiasalvestussüsteemidest kuni tööstusseadmete ja -kiirlaadimisrakendusteni – eeldatakse, et akud tagavad nüüd suurema võimsuse, pikema tööaja ja kiirema laadimiskiiruse.
Suurem energiatihedus toob aga kaasa olulise inseneri väljakutse: soojuse.
Iga akuplokk tekitab töötamise ajal soojust. Laadimine tekitab soojust. Tühjendamine tekitab soojust. Suure võimsusega-rakendused, eriti kiire laadimine ja suure voolu tühjenemine, võivad soojuse teket veelgi suurendada.
Väljakutse ei seisne lihtsalt akust soojuse eemaldamises. Tõeline väljakutse on hoida iga akuelement stabiilses temperatuurivahemikus, minimeerides samal ajal temperatuuride erinevusi elementide vahel.
See on kohtaku soojusjuhtiminemuutub hädavajalikuks.
Tõhus soojusjuhtimissüsteem aitab parandada aku jõudlust, pikendada kasutusiga, säilitada laadimise efektiivsust ja vähendada ohutusriske. KaasaegseteleEV akudja energiasalvestussüsteemid,vedelikjahutus alumiiniumist vedelate külmplaatidegaon muutunud üheks kõige usaldusväärsemaks lahenduseks.
Miks on aku soojusjuhtimine oluline?
Liitium{0}}ioonakud on temperatuuri suhtes väga tundlikud.
Enamik liitiumioon{0}}elemente töötab kõige tõhusamalt suhteliselt kitsas temperatuurivahemikus, tavaliselt vahemikus 15–35 kraadi. Kui aku temperatuur liigub sellest vahemikust välja, hakkab elektrokeemiline jõudlus langema.
Aku soojusjuhtimissüsteem (BTMS) on loodud soojuse tootmise, soojuse eemaldamise ja temperatuuri jaotuse juhtimiseks kogu akuplokis.
Hästi{0}}loodud soojusjuhtimissüsteem peab saavutama kolm peamist eesmärki.
***Säilitage rakud optimaalses töötemperatuuri vahemikus
***Vähendage temperatuuride erinevusi üksikute rakkude vahel
***Vältige ülekuumenemist suure{0}}võimsusega töötamise ajal
See on eriti oluline, kuna akusüsteemid muutuvad võimsamaks.
Näiteks võib elektrisõiduki akupakett sisaldada sadu või isegi tuhandeid üksikuid elemente. Kui mõned elemendid töötavad oluliselt kuumemini kui teised, võib kogu akupakett kannatada ebaühtlase vananemise tõttu.
Kõige kuumemad rakud määravad tavaliselt pakendi üldise piirangu.
Teisisõnu, aku on täpselt nii tugev, kui tugev on selle nõrgim termiline punkt.
Mis juhtub, kui akud lähevad liiga kuumaks?
Kuumus on üks suuremaid tegureid, mis mõjutab liitium{0}}ioonaku jõudlust ja eluiga.
Kui aku temperatuur tõuseb ülemäära, võib tekkida mitmeid probleeme.
1. Aku kiirem lagunemine
Kõrge temperatuur kiirendab soovimatuid keemilisi reaktsioone liitium{0}}ioonrakkudes.
Aja jooksul võib see põhjustada:
>>>Vähendatud aku mahutavus
>>>Suurenenud sisemine takistus
>>>Lühem tsükli eluiga
>>>Madalam laadimise efektiivsus
Pidevalt kõrgel temperatuuril töötav aku võib oma jõudlust palju kiiremini kaotada võrreldes akuga, mida hoitakse kontrollitud termilistes tingimustes.
2. Suurenenud ohutusriskid
Äärmuslik ülekuumenemine võib liitium{0}}ioonelementides tekitada ohtlikke tingimusi.
Kui sisetemperatuur tõuseb üle ohutute piiride, võivad aku materjalid muutuda ebastabiilseks. Rasketes olukordades võib see vallandada termilise põgenemise, kus soojuse teke muutub iseeneslikuks-ja levib ühest rakust teise.
Seetõttu on ülemäärase soojuse kogunemise vältimine elektrisõidukite ja energiasalvestusakude projekteerimisel põhinõue.
3. Vähendatud laadimisjõudlus
Kiire laadimine tekitab akudele märkimisväärse termilise pinge.
Suure vooluga -laadimise ajal liiguvad liitiumioonid elektroodide vahel kiiresti. Kui soojust ei saa tõhusalt eemaldada, võib aku tervise kaitsmiseks laadimiskiirust vähendada.
See tekitab otsese konflikti:
Kliendid soovivad kiiremat laadimist.
Akuinsenerid vajavad paremat soojusjuhtimist.
Tõhus soojusjuhtimine aitab seda väljakutset lahendada, eemaldades kiiresti soojuse, säilitades samal ajal stabiilse raku temperatuuri.
Miks on temperatuuri ühtlus sama oluline?
Paljud inimesed arvavad, et aku jahutamine seisneb ainult temperatuuri langetamises.
Sama oluline on aga temperatuuri ühtlus.
Akupakett võib sisaldada sadu omavahel ühendatud elemente. Kui paki üks piirkond töötab kuumemalt kui teine piirkond, vananevad need rakud erinevalt.
Näiteks:
Kuumemad rakud lagunevad kiiremini
Jahedamad elemendid säilitavad parema jõudluse
Üldine akuhaldussüsteem peab piirama toimimist kõige nõrgematel elementidel
Seetõttu ei ole aku soojusjuhtimise eesmärk lihtsalt:
"Tee aku jahedamaks."
Tegelik eesmärk on:
"Hoidke iga rakk sarnasel ja optimaalsel temperatuuril."
See on üks põhjus, miksvedelikjahutussüsteemidon muutunud kaasaegsetes akudes üha tavalisemaks.
Õhkjahutus vs vedelikjahutus akude jaoks
Varased elektrisõidukid ja madala võimsusega{0}}akusüsteemid kasutasid sageli õhkjahutust, kuna see oli lihtne, kerge ja odav.
Kuna aga aku energiatihedus ja laadimiskiirus kasvasid, hakkas traditsiooniline õhkjahutus näitama piiranguid.
Õhkjahutuse piirangud
Õhul on suhteliselt madal soojusjuhtivus võrreldes vedela jahutusvedelikuga.
Isegi ventilaatorite ja õhuvoolukanalite korral muutub suure hulga soojuse eemaldamine tihedalt pakitud akumoodulitest keeruliseks.
Levinud väljakutsed hõlmavad järgmist:
Ebaühtlane jahutus rakkude vahel
Piiratud jahutusvõimsus
Suuremad ruuminõuded
Suurem müra fännidest
Raskused kiirlaadimise toetamisel
Madala võimsusega-rakenduste jaoks võib õhkjahutus siiski sobida.
Aga sellekssuure jõudlusega-elektrisõidukite akudja energiasalvestussüsteemid, on vaja tugevamat jahutusvõimet.
Miks vedelikjahutusest on saanud eelistatud lahendus?
Vedeljahutuskasutab jahutusvedelikku, tavaliselt vee-glükooli segu, et juhtida soojust akuelementidest eemale.
Võrreldes õhuga on vedelal jahutusvedelikul:
***Suurem soojusmahtuvus
***Parem soojusjuhtivus
***Tõhusam soojusülekandevõime
A vedelikjahutusplaat akude jaoksPaigaldatud akumoodulite alla või kõrvale tagab otsese soojusülekande tee.
Akuelement
↓
Termilise liidese materjal (TIM)
↓
↓
Jahutusvedeliku kanal
↓
Väline jahutussüsteem
See konstruktsioon võimaldab soojust tõhusamalt eemaldada, säilitades samal ajal parema temperatuuri ühtlase aku.
Kaasaegsete elektrisõidukite akude, energiasalvestussüsteemide ja suure{0}}võimsusega rakenduste jaoksvedelikjahutuson muutunud eelistatud soojusjuhtimise lähenemisviisiks.
