Termilise juhtimise tähtsus elektrisõidukite akudes
Elektrisõidukite ohutu ja tõhusa töökorras hoidmine taandub tegelikult soojuse haldamisele. Liitium-ioonakud on valivad-neile meeldivad asjad vahemikus 20–40 kraadi Celsiuse järgi. Lükake neid kuumaks ja te palute probleeme. Elektrolüüt hakkab lagunema, SEI kiht pakseneb ja enne, kui arugi saad, kaotab aku mahutavuse, väheneb efektiivsus ning halvimal juhul süttivad asjad või lausa plahvatavad.
Külm ilm ei ole palju armsam. Kui temperatuur langeb, aeglustub aku keemia. Sisemine takistus tõuseb. Järsku ei saa te vajalikku voolu ega laadimiskiirust. Isegi väike erinevus-ainult viie-kraadine kõikumine rakkude vahel-viib ebaühtlase vananemiseni. Mõned rakud vananevad enne oma aega, samas kui teised jäävad maha.
Niisiis, lõpptulemus? Iga raku umbes samal temperatuuril hoidmine ei muuda asju ainult turvalisemaks. See hoiab auto parimal tasemel ja aitab akul palju kauem vastu pidada.
Õhkjahutus EV akudele
Õhkjahutus liigub õhku üle aku või läbi selle, et soojust eemale tõmmata. Mõnikord liigub lihtsalt õhk, kui auto sõidab (see on passiivne), teinekord teevad seda tööd ventilaatorid või puhurid (see on aktiivne). Kogu seadistus on lihtne,-ilma keeruliste torustike, lisaraskusteta ja odav. Seetõttu näete seda varajastes elektriautodes või väiksemates sõidukites. Nad kasutavad lihtsalt kanaleid ja mõnda ventilaatorit,{5}}ei ole segadust vedelike ega raskete osadega.
Kuid seal on konks. Õhk lihtsalt ei kanna soojust hästi. See on palju vähem tihe kui vedelik, nii et see ei ima palju energiat. Kui akud hakkavad kõvasti töötama, eriti kiirlaadimise või intensiivse kasutamise ajal, jääb õhkjahutus maha. See lihtsalt ei suuda hoida kõiki elemente ühtlasel temperatuuril ega taluda kaasaegsete elektrisõidukite väljapumbatavat soojust. Tänapäeval töötab õhkjahutus ainult kõige lihtsamate aku seadistuste puhul. Kõik nõudlikumad asjad vajavad midagi paremat.
Eelised:See on lihtne seadistamine,{0}}on vaid käputäis osi, nii et see jääb kergeks ega vaja palju hooldust. Sa ei pea muretsema jahutusvedeliku lekete pärast ja kui auto liigub, võib see ära kasutada tormavat õhku asjade jahutamiseks.
Piirangud:Jahutusvõimsus on üsna nõrk. Kuumad kohad ilmuvad kiiresti, eriti kui surute autot kõvasti või laadite kiiresti, sest õhk lihtsalt ei suuda soojust liigutada. See võib komponendid kiiremini kuluda või isegi põhjustada süsteemi väljalülitumise. Ausalt öeldes ei suuda see meetod suure jõudlusega-või suure{4}}energiaga elektrisõidukitega sammu pidada.
Vedeljahutus elektrisõidukite akudele
Vedeljahutus on tänapäeval enamiku keskmise- ja suure jõudlusega{2}}elektriautode valik-. See töötab järgmiselt: pump surub jahutusvedelikku-tavaliselt vee-glükoolisegu-kanalite või külmaplaatide kaudu, mis asetsevad otse akuelementide vastu. Kui jahutusvedelik kogub akudest soojust, liigub see edasi soojusvahetisse, mis tühjendab selle soojuse kas õhu või külmutusagensi abil. Kuna vedelikud kannavad soojust palju paremini kui õhk, hoiavad need süsteemid aku temperatuuri stabiilsena ja ühtlasena. Sellepärast kasutavad peaaegu kõik pika{10}}sõidukid{11}}vedelikjahutusega akusid. Parema soojuse eemaldamise tõttu saavad need pakendid hakkama suurema väljundvõimsusega ja ülikiire laadimisega ilma ülekuumenemiseta.
Eelised:Vedeljahutus tõmbab soojuse kiiresti välja ja hoiab temperatuuri ühtlasena kõigis rakkudes. See tähendab, et akud kestavad kauem ja laadite kiiremini. Jahutusvedelik on liikuva kuumuse juures palju parem kui õhk, nii et need pakendid saavad kõrge laadimiskiirusega hakkama ilma higistamata.
Puudused:Saad keerulisema ja raskema süsteemi. Nende juhtimiseks on vaja pumpasid, voolikuid, soojusvahetiid ja kogu elektroonikat ning kõik peab olema tihedalt suletud. Hooldamist on vaja rohkemgi,-pumbad või ventiilid võivad puruneda ja lekked on tõsine probleem. Lisaks võtavad kõik need lisaosad ruumi ja lisavad kaalu, mis vähendab teie üldist tõhusust veidi.
Phase{0}}Materjali (PCM) vahetamine jahutus
Faasi-vahetusmaterjalid ehk PCM-id toimivad nagu akude termoamortisaatorid. Tavaliselt leiate need vahade või sooladena rakkude ümber. Kui aku kuumeneb teatud punktist kõrgemale, sulab PCM, imades tahkest olekust vedelaks muutudes palju energiat. Kui asjad uuesti maha jahtuvad, siis see tahkub ja vabastab salvestatud soojuse tagasi. See protsess aitab hoida temperatuuri hüppeid kontrolli all, eriti kiirete katkestuste ajal-, näiteks siis, kui vajutate tugevalt gaasipedaalile või ühendate kiirlaadimiseks vooluvõrku.
Eelised:See on täiesti passiivne, nii et te ei vaja selle käitamiseks energiat. Ei mingeid ventilaatoreid ega pumpasid-lihtsalt süsteem, mis vaikselt ühtlustab temperatuuri hüppeid. PCM-id kaitsevad rakke lühikeste kuumuspurskete eest ja aitavad hoida pakki äkilise koormuse korral ohutul temperatuuril.
Piirangud:Negatiivne külg? PCM-id ei liiguta ise soojust eriti hästi. Kui nad on faasi muutmise lõpetanud, ei saa nad enam soojust endasse imada. Kui tegemist on püsivate kõrgete temperatuuridega, siis passiivsest jahutusest lihtsalt ei piisa. Selleks, et PCM-ist soojust tõeliselt eemale tõmmata, vajate tavaliselt töö tegemiseks lisakomponente,-näiteks grafiidist ribisid või soojustorusid-.
Soojustoru jahutus (soojusjuhtivus)
Soojustorud on põhimõtteliselt suletud metalltorud, mille sees on natuke vedelikku. Nad liigutavad soojust kiiresti, lastes sellel vedelikul pidevalt aurustuda ja kondenseeruda, nii et te ei kaota peaaegu üldse temperatuuri. Akukomplektides mõelge soojustorudele kui termilistele "ülijuhtidele". Saate need moodulitesse asetada või otse elementide külge kinnitada, et kuumuse kiirustades kuumadest kohtadest eemale tõmmata. Mõnikord juhib soojustoru lihtsalt soojust jahedamasse kohta või otse külma{4}}plaatide võrku. Oma pikkuses juhivad need soojust tegelikult tuhandeid kordi paremini kui tahke vask, mistõttu on need ideaalsed kohalike levialade haldamiseks. Sageli näete neid sisseehitatuna vedelikku{7}}jahutusega süsteemidesse-nagu külmplaadid-, mis aitavad temperatuuri jaotada kogu moodulis.
Eelised:Nendel on uskumatu soojusjuhtivus, nii et nad levitavad soojust külgsuunas väga hästi. Kui ühendate üksteisest kaugel-asuvad rakud, aitavad need temperatuuri tasakaalustada, mis vähendab kogu "nõrgeima elemendi" probleemi. Lisaks töötavad nad iseseisvalt-ei vaja energiat.
Piirangud:Tavaliselt kasutavad inimesed neid ainult punktjahutuseks, mitte peamise jahutussüsteemina. Peate need korralikult sulgema ja pöörama suurt tähelepanu tahi struktuuri seadistamisele. Samuti tõstavad need kulusid ja muudavad pakendi disaini keerulisemaks. Ja lõpuks on ikkagi vaja midagi muud, näiteks külma taldrikut, et soojust pakendist välja viia.
Jahutusmeetodite võrdlus
Siit on kokkuvõte: igal jahutusmeetodil on oma tugevad küljed ja peavalud.
Õhkjahutus:See on määrdunud odav ja surnud lihtne. Te vajate vaevu lisavarustust, kuid ausalt, see lihtsalt ei lõika seda tõsise kuumuse tõttu. Temperatuurid hüppavad ringi ja see ei suuda püsida, kui akut kõvasti surute. See töötab tõesti ainult vanade-koolide või vähese võimsusega-elektrisõidukite puhul.
Vedeljahutus:See on koht, kus enamik kaasaegseid elektrisõidukeid maandub. See hoiab asjad ühtlasena ja jahedana isegi kiirlaadimise ajal. Muidugi, see töötab suurepäraselt, kuid nüüd on teil tegemist pumpade, torude ja tihenditega-lisaks kaalu ja lisakuluga. Sellegipoolest on see standard kõige-keskklassi või parema jaoks.
PCM puhverdamine:See on omamoodi kaval. See neelab kuumuse naelu ilma energiat kasutamata, kuid kui see on täis, ei anna see enam abi. Tavaliselt ühendavad inimesed selle lisapuhvri saamiseks vedeljahutusega.
Soojustorud:Need on nagu laser{0}}keskendunud probleemide lahendajad. Need viivad kuumuse levialadest kiiresti eemale ja aitavad asju ühtlustada, kuid soojuse eemaldamiseks vajate siiski midagi muud,-näiteks jahutusradiaatorit-. Nad säravad osana suuremast süsteemist, mitte iseenesest.
Täiustatud meetodid (tekkivad):Näiteks sukeljahutus uputab aku sõna otseses mõttes spetsiaalsesse vedelikku. See meetod viib soojuse eemale uskumatult kiiresti-täiuslikult, kui soovite ülikiire{2}}laadimise. Kuid vedeliku haldamine muutub keeruliseks. Mõned esmaklassilised elektriautod kasutavad aku otse jahutamiseks isegi auto kliimaseadme külmutusagensit, mis on ülitõhus, kuid mitte just lihtne välja tõmmata.
Mõju ohutusele, jõudlusele ja aku tööeale
Soojusjuhtimine ei ole ainult tehniline detail,{0}}see on elektrisõidukite ohutuse ja jõudluse jaoks suur asi. Kui akud lähevad liiga kuumaks, suureneb tulekahju või isegi plahvatuse võimalus. Ülekuumenemine võib käivitada midagi, mida nimetatakse termiliseks põgenemiseks, kus rakud käivitavad põhimõtteliselt ahelreaktsiooni ja soojendavad end veelgi. See on ohtlik kõigile, mitte ainult autos viibijatele, vaid ka esmareageerijatele.
Kuid see ei tähenda ainult lahedaks jäämist. Kui süsteem ei talu soojust hästi, vananevad akud kiiremini. Kehtib rusikareegel: iga kord, kui temperatuur tõuseb 10 kraadi magusast kohast kõrgemale, väheneb aku eluiga poole võrra. Lükake neid kõvasti umbes 50 kraadi ja näete, et need kaotavad juba mõnesaja tsükli pärast umbes 60% oma mahust.
Külm pole ka hea. Madalatel temperatuuridel on patareid hädas, kuna ioonid ei saa nii vabalt liikuda. See tähendab vähem võimsust, aeglasemat laadimist ja üldiselt lihtsalt aeglast reageerimist. Ja siin on midagi, mida inimesed mõnikord unustavad: kõigi rakkude ühtlane temperatuur on võtmetähtsusega. Kui mõned elemendid töötavad kuumemini või külmemalt kui teised, töötab kogu aku kõige nõrgema elemendi tasemel. See vähendab võimsust ja lühendab aku eluiga.
Ohutus:Rakkude jahedana hoidmine hoiab ära nende ülekuumenemise ja süttimise. Hea jahutus ei ole lihtsalt tore, kui see{1}}on iga sõiduki ohutusplaani põhiosa.
Toimivus:Akud töötavad kõige paremini 20–40 kraadi Celsiuse järgi. Liiga külm ja nad lihtsalt ei suuda pakkuda soovitud võimsust. Liiga kuum ja teil tekib suurem takistus ja pinge kaob kiiresti.
Aku tööiga: Kui hoiate temperatuuri stabiilsena ja jahedana, kestavad rakud kauem ega kulu nii kiiresti. Ühtlane temperatuur kogu pakendi ulatuses tähendab, et ühtegi rakku ei suruta liiga tugevasti. Ausalt öeldes võib tugeva jahutussüsteemiga aku kesta rohkem kui kaks korda kauem kui see, mis kogu aeg kuumeneb.
Arenevad tehnoloogiad ja suundumused
EV akud muutuvad võimsamaks ja laadivad kiiremini kui kunagi varem, seega on tõeline tõuge parema jahutustehnoloogia poole. Sukeljahutus tõmbab praegu palju tähelepanu. See on lihtne: uputage akuelemendid spetsiaalsesse vedelikku, mis ei juhi elektrit, mis laseb soojusel palju kiiremini välja pääseda. Selline seadistus talub tõsist kuumust-piisavalt, et pöörane-kiire laadimine, näiteks üle 1000 kW, tegelikult toimiks.
Mõned inimesed kasutavad akude jahutamiseks auto enda kliimaseadme külmutusagensit, mis töötab eriti hästi, kui väljas on palav. Samuti on palju kära ideede ümber, nagu kahe-faasilised süsteemid, kus jahutusvedelik keeb, et soojust ära viia, või ülipisikesed kanalid{2}}, mis juhivad soojust veelgi kiiremini välja.
Lisaks tegelevad teadlased termoelektriliste moodulite ja spetsiaalsete pindade kallal, mis kiirgavad soojust kas kohapeal jahutamiseks või lihtsalt passiivseks lisasoojuseks. Mängus on ka materjaliteadus. Inimesed segavad suure-juhtivusega asju faasi-muutusmaterjalidesse või ehitavad nano-struktureeritud grafiidist vahtu. Kõik see aitab akudel ilma suurema pingutuseta jahedana püsida.
Ja siis on tarkvara pool. Akuhaldussüsteemid muutuvad targemaks, kasutades täiustatud algoritme ja isegi tehisintellekti, et ennustada ja juhtida jahutust reaalajas. Kokkuvõttes on see aku soojusjuhtimise jaoks päris põnev aeg.
Disainiprobleemid ja OEM-i kaalutlused
Aku soojusjuhtimissüsteemi (TMS) ehitamine autosse ei ole lihtne. Tootjad peavad palju žongleerima -, et süsteem hästi töötaks ilma kulusid, kaalu suurendamata või väärtuslikku ruumi kulutamata. Näiteks vedelikjahutus ja suured soojusvahetid võtavad põranda või kapoti all ruumi ja toovad kaasa rohkem kilosid, mis võivad tõhususe suurenemise ära lõigata. Kõrge-pingeseaded (mõtleme, et 400–800 volti) valmistavad oma peavalu, nõudes kõigi jahutusvedeliku osade jaoks tipptasemel-isolatsiooni ja ohutust. Iga vooluahel ja pistik peab tabama rangeid roomamis- ja kliirensmärke ning taluma tugevat vibratsiooni ja metsikuid temperatuurikõikumisi.
Siis tuleb mõelda ka ilmale. Külmades kohtades vajavad akud küttekehasid - kas PTC või soojuspumpa -, et need kiiresti temperatuurini viia. See lihtsalt kuhjab keerukamaks. Ja ärge unustage hooldust ja töökindlust. Pumbad, ventiilid, andurid - igaüks lisab veel ühe asja, mis võib ebaõnnestuda. Seega peavad insenerid lõpuks leidma õige tasakaalu. Nad peavad muutma TMS-i võimalikult lihtsaks, ohverdamata vahemikku, kulusid või, mis kõige tähtsam, ohutust ja aku kasutusaega. See on keeruline mõistatus, mille lahendust on palju.
Integratsioon sõidukiarhitektuuriga
Aku soojussüsteem töötab kõrvuti auto HVAC-ga ja jõuülekandega. Paljude elektrisõidukite puhul leiate jagatud jahutuskontuurid-sama soojuspumba või vahelduvvoolukompressori ja kondensaatori käepidemed nii salongi kui ka akuga, ainult erinevates režiimides. Niisiis, oletame, et on suvi: vahelduvvool jahutab akut ühise aurusti abil. Kui väljas on külm, võib soojus, mida aku kondensaator annab, salongi soojendada. Tavaliselt seadistavad insenerid eraldi jahutusvedeliku ahelad-ühe aku jaoks (jookseb läbi selle külmade plaatide), teise salongi või mootori jaoks-ja ühendavad need siis plaatsoojusvahetitega kokku, kui neil on vaja soojust ümber tõsta. Juhtsüsteemid tõmbavad kulisside taga niite: akuhaldussüsteem ja termokontroller otsustavad, kui kiiresti pumbad ja ventilaatorid töötavad ning kus peavad olema klapid, seda kõike selle põhjal, mida akuelemendid ja ülejäänud auto teevad. Uute kõrgepingeseadetega-muutuvad soojus- ja elektridisain veelgi enam sassi,{10}}need kompaktsed 800 V süsteemid tähendavad, et iga soojusosa peab sobima kitsa ruumi ja isolatsioonireeglitega. Lõpuks kujuneb kogu soojusjuhtimissüsteemi projekteerimine suureks pusleks ja kõike tuleb koos optimeerida.
PowerWinxpakub täiustatud elektrisõidukite soojusjuhtimise komponente ja kohandatud aku jahutuslahendusi. Soojusvahetite ja jahutussüsteemide projekteerimise alaste sügavate teadmistega PowerWinx aitab originaalseadmete tootjatel integreerida oma akudesse täppisjahutusmooduleid. Meie kohandatud lahendused tagavad tõhusa soojuse eemaldamise ja ühtlase temperatuuri reguleerimise, parandades aku ohutust, jõudlust ja pikaealisust kaasaegsetes elektrisõidukites.
EV soojusjuhtimise lahendus
EV soojusjuhtimise lahendus
