Директно охлаждане срещу течно охлаждане за ново енергийно превозно средствоБатерии:
Принципи, предимства и недостатъци
I. Защо батериите са "чувствителни както към топлина, така и към студ"?
Производителността на захранващите батерии е силно свързана с температурата: над 45 градуса, намаляването на капацитета се ускорява и животът на цикъла може да бъде съкратен с повече от 30%; над 60 градуса, електролитът се разлага, SEI филмът се разкъсва и в тежки случаи се задейства топлинно изтичане. При ниски температури вътрешното съпротивление се увеличава, литиево покритие се получава по време на зареждане и обхватът се намалява. Оптималният работен диапазон за литиево-йонни батерии обикновено се счита за 25–40 градуса, а в инженерството разликата в температурата на клетката е<5℃ within the pack is generally considered an optimization target (high-end models aim for <2℃), but this is not a mandatory national standard. The three main tasks of a thermal management system are: heat dissipation, heating, and maintaining temperature consistency.
Понастоящем има четири основни вида активно охлаждане за пътнически превозни средства, класирани от най-често срещаните до най-агресивните:
• Пасивно въздушно охлаждане (естествено охлаждане): Разчита на естествена конвекция през топлообменните ребра на батерията. Той не консумира енергия и има най-ниска цена, но разсейването на топлината е изключително бавно. Поетапно е премахнат от масовите пътнически превозни средства и се среща само в ранните автомобили с ниска-скорост.
• Активно въздушно охлаждане: Използва вентилатор за принудителна конвекция. Той има проста структура и не е скъп за поддръжка, но топлопроводимостта на въздуха е само 0,026 W/(m·K), което води до ниска ефективност при високи температури. Намира се предимно в-автомобили от начално ниво на цена под 100 000 RMB (като някои Wuling Hongguang MINI и превозни средства BAIC New Energy).
• Течно охлаждане: Понастоящем стандартно за автомобили от среден-до-висок-клас. Охлаждащата течност (воден разтвор на етилен гликол) циркулира, за да отстрани топлината, приспособявайки както бързото-разсейване на топлината при зареждане, така и нагряването при ниска-температура, и държи основния пазарен дял.
• Директно охлаждане с хладилен агент: Хладилният агент на климатика се вкарва директно в изпарителя вътре в комплекта батерии, като се постига поглъщане на топлина с фазова промяна на „нулево-разстояние“, което води до най-висока ефективност.
▸ Охлаждане с потапяне (нововъзникваща технология): Инсталации на малки-серии след 2024 г., широко{2}}масово производство все още не е налично; клетките на батерията са потопени в изолираща охлаждаща течност (флуорирана течност/синтетичен естер), което води до най-равномерно разсейване на топлината, но с висока цена и затруднения при поддръжката; в момента само малък брой модели го използват като пилотна опция.
Liquid CoОлинг:Основни понятия и принципи
Течното охлаждане използва охлаждаща течност (обикновено воден разтвор на етиленгликол, с топлопроводимост приблизително 0,5 W/(m·K)) като топлообменна среда. Водна помпа задвижва охлаждащата течност да циркулира в каналите в комплекта батерии, поглъщайки топлината, преди да достигне охладителя (охладител на батерията), за да обмени топлина с хладилния агент на климатика за охлаждане и след това да се върне към охлаждащата плоча. Основни компоненти: Електрически компресор → Чилър → Електрическа водна помпа → Плоча за течно охлаждане → Тяло на клапана (четири-пътен/осем-пътен) → PTC нагревател.
Предимства
• Оптимална еднородност на температурата, контролиране на температурната разлика на клетките в рамките на ±2 градуса, директно удължаване на живота и подобряване на консистенцията;
• Зряла технология и добре{0}}установена верига за доставки, представляваща текущото основно решение на пазара;
• Дълбока интеграция с термичното управление на превозното средство (възстановяване на отработената топлина от двигателя, термопомпа в кабината) и възможност за добавяне на PTC за ниско-температурно отопление;
• Модулно сменяеми студени плочи за лесна поддръжка.
Недостатъци
• Комплексна система с повече компоненти, което води до приблизително 15%–20% по-високи първоначални разходи;
• Допълнителна водна помпа и верига на охлаждащата течност увеличават теглото на автомобила, а консумацията на енергия на водната помпа влияе върху обхвата;
• Риск от изтичане на охлаждаща течност, което изисква редовни проверки на нивото на охлаждащата течност;
• Индиректният топлообмен води до по-бавни скорости на реакция в сравнение с директното охлаждане при високи скорости на зареждане.
Директно охлаждане: основни понятия и принципи
Директното охлаждане с хладилен агент свързва в голяма степен системата за охлаждане на батерията с климатичната система-, като по същество поставя изпарителя на климатика директно в батерията. Хладилният агент (основен поток R134a, R1234yf, латентна топлина на фазова промяна > 200 kJ/kg) се изпарява и абсорбира топлина в рамките на плочата за директно-охлаждане, като директно отвежда топлината от клетката на батерията. Основни компоненти: електрически компресор → кондензатор → електронен разширителен вентил → директна-охладителна плоча → газ-течен сепаратор, елиминиращ необходимостта от водна помпа, охлаждаща верига и охладител.
Предимства
• Елиминира етапа на вторичен топлообмен, намалявайки термичното съпротивление с приблизително 40% и увеличавайки ефективността на топлообмена (етап на топлообмен) с 20%–50% в сравнение с течното охлаждане (многобройни симулации и стендови тестове, вариращи в зависимост от работните условия; това се отнася до намаляването на термичното съпротивление в етапа на топлообмен, а не непременно съответно подобрение в цялостната енергийна ефективност на превозното средство);
• По-лека и по-компактна система (приблизително 30% по-малък обем), полезна за превозни средства с ограничения на шасито;
• Елиминира непрекъснатото потребление на енергия от водната помпа, потенциално намалявайки потреблението на енергия с приблизително 0,8 kWh на 100 километра при същите условия на работа (оценка на симулация на един-автомобил, варираща в зависимост от пътните условия и температурата на околната среда, само за справка);
• Съвместим с 800V супер-бързо зареждане, способен на устойчиви 4C или дори по-високи скорости без прегряване.
Недостатъци
• Плочите за директно охлаждане имат изключително висока устойчивост на налягане и изисквания за уплътняване, което води до високи производствени и монтажни бариери;
• Дву{0}}фазният поток затруднява контролирането на еднаквостта на температурата: При условия на ниска температура и ниско натоварване хладилният агент е предразположен към неравномерно разпределение на газ-течност в плочата за директно охлаждане, което води до локализирано преохлаждане или недостатъчен топлообмен и значително намаляване на еднородността на температурата;
• Изтичането на хладилен агент ще замърси директно модула на батерията; високата интеграция означава, че ремонтите често изискват пълна подмяна, което води до високи разходи;
• Стратегиите за контрол са сложни (против-замръзване, против-преохлаждане), а зрелостта на технологията е по-ниска от тази на течното охлаждане.
