Přímé chlazení vs. chlazení kapalinou pro nová energetická vozidlaBaterie:
Principy, výhody a nevýhody
I. Proč jsou baterie "citlivé na teplo i chlad"?
Výkon napájecích baterií silně koreluje s teplotou: nad 45 stupňů se úbytek kapacity zrychluje a životnost může být zkrácena o více než 30 %; nad 60 stupňů se elektrolyt rozkládá, SEI film praská a ve vážných případech je spuštěn tepelný únik. Při nízkých teplotách se zvyšuje vnitřní odpor, během nabíjení dochází k pokovování lithiem a snižuje se dojezd. Za optimální provozní rozsah pro lithium-iontové baterie se obecně považuje 25–40 stupňů a ve strojírenství je rozdíl teplot článků<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.
V současné době existují čtyři hlavní typy aktivního chlazení pro osobní vozidla, seřazené od nejběžnějších po nejagresivnější:
• Pasivní chlazení vzduchem (natural cooling): Spoléhá na přirozenou konvekci přes žebra výměny tepla baterie. Nespotřebovává žádnou energii a má nejnižší náklady, ale rozptyl tepla je extrémně pomalý. Byl vyřazen z běžných osobních vozidel a nachází se pouze v raných vozech s nízkou rychlostí-.
• Aktivní chlazení vzduchem: Využívá ventilátor k vynucení konvekce. Má jednoduchou strukturu a je levná na údržbu, ale tepelná vodivost vzduchu je pouze 0,026 W/(m·K), což má za následek nízkou účinnost při vysokých teplotách. Většinou se vyskytuje v vozech základní-úrovně s cenou pod 100 000 RMB (jako jsou některá vozidla Wuling Hongguang MINI a BAIC New Energy).
• Kapalinové chlazení: V současné době standardní ve vozidlech střední-až{1}}vyšší- třídy. Chladicí kapalina (vodný roztok etylenglykolu) cirkuluje, aby odváděla teplo, čímž se přizpůsobuje jak rychlému-odvádění tepla při nabíjení, tak nízkoteplotnímu{5}} ohřevu, a drží si hlavní podíl na trhu.
• Přímé chlazení chladivem: Chladivo klimatizace je přiváděno přímo do výparníku uvnitř baterie, čímž se dosahuje absorpce tepla s fázovou změnou „nulové{0}}vzdálenosti, což vede k nejvyšší účinnosti.
▸ Immersion Cooling (Emerging Technology): Malé-sériové instalace po roce 2024, velkosériová-výroba zatím není k dispozici; články baterie jsou ponořeny do izolační chladicí kapaliny (fluorovaná kapalina/syntetický ester), což vede k nejrovnoměrnějšímu odvodu tepla, ale s vysokými náklady a obtížností údržby; v současnosti jej jako pilotní možnost používá jen malý počet modelů.
Společnost Liquid Cooling:Základní pojmy a principy
Kapalinové chlazení používá jako teplosměnné médium chladivo (obvykle vodný roztok etylenglykolu s tepelnou vodivostí přibližně 0,5 W/(m·K)). Vodní čerpadlo pohání chladicí kapalinu tak, aby cirkulovala v kanálech v sadě baterií, absorbuje teplo, než se dostane do chladiče (chladiče baterie), aby vyměnila teplo s chladivem klimatizace za chlazení, a poté se vrátí na chladicí desku. Základní součásti: Elektrický kompresor → Chladič → Elektrické vodní čerpadlo → Deska chlazení kapalin → Tělo ventilu (čtyřcestné/osmicestné-) → PTC ohřívač.
Výhody
• Optimální rovnoměrnost teploty, kontrola rozdílu teplot buněk v rozmezí ±2 stupňů, přímé prodloužení životnosti a zlepšení konzistence;
• Vyspělá technologie a dobře{0}}zavedený dodavatelský řetězec, který představuje současné běžné řešení na trhu;
• Hluboká integrace s tepelným managementem vozidla (rekuperace odpadního tepla z motoru, tepelné čerpadlo kabiny) a možnost přidat PTC pro nízkoteplotní-topení;
• Modulárně vyměnitelné studené desky pro snadnou údržbu.
Nevýhody
• Komplexní systém s více komponentami, což vede k přibližně 15–20 % vyšším počátečním nákladům;
• Přídavné vodní čerpadlo a chladicí okruh zvyšují hmotnost vozidla a spotřeba vodního čerpadla ovlivňuje dojezd;
• Riziko úniku chladicí kapaliny vyžadující pravidelné kontroly hladiny chladicí kapaliny;
• Nepřímá výměna tepla má za následek nižší rychlost odezvy ve srovnání s přímým chlazením při vysokých rychlostech nabíjení.
Přímé chlazení: Základní pojmy a principy
Přímé chlazení chladiva vysoce propojuje chladicí systém baterie se systémem klimatizace-v podstatě umísťuje výparník klimatizace přímo do baterie. Chladivo (hlavní proud R134a, R1234yf, latentní teplo fázové změny > 200 kJ/kg) se odpařuje a absorbuje teplo v přímé-chladící desce a přímo odvádí teplo z článku baterie. Základní komponenty: elektrický kompresor → kondenzátor → elektronický expanzní ventil → přímá-chladicí deska → plynový-odlučovač kapaliny, což eliminuje potřebu vodního čerpadla, okruhu chladicí kapaliny a chladiče.
Výhody
• Eliminuje sekundární stupeň výměny tepla, snižuje tepelný odpor přibližně o 40 % a zvyšuje účinnost výměny tepla (stupeň výměny tepla) o 20 %–50 % ve srovnání s kapalinovým chlazením (vícenásobné simulace a testy na zkušebním zařízení, lišící se podle provozních podmínek; to se týká snížení tepelného odporu ve fázi výměny tepla, což nemusí nutně odpovídat celkovému zlepšení energetické účinnosti vozidla);
• Lehčí a kompaktnější systém (přibližně o 30 % menší objem), výhodný pro vozidla s omezeními podvozku;
• Eliminuje nepřetržitou spotřebu energie vodního čerpadla a potenciálně snižuje spotřebu energie přibližně o 0,8 kWh na 100 kilometrů za stejných provozních podmínek (odhad simulace jednoho vozidla, kolísající podle stavu vozovky a okolní teploty, pouze pro informaci);
• Kompatibilní s 800V super-rychlým nabíjením, schopným trvalé 4C nebo dokonce vyšší rychlosti bez přehřívání.
Nevýhody
• Přímé chladicí desky mají extrémně vysokou tlakovou odolnost a požadavky na těsnění, což má za následek vysoké výrobní a montážní bariéry;
• Dvoufázový tok ztěžuje kontrolu rovnoměrnosti teploty: Při nízkých teplotách a podmínkách nízkého zatížení je chladivo náchylné k nerovnoměrné distribuci plynu-kapaliny v desce přímého chlazení, což vede k místnímu přechlazení nebo nedostatečné výměně tepla a k výraznému snížení rovnoměrnosti teploty;
• Únik chladiva přímo kontaminuje bateriový modul; vysoká integrace znamená, že opravy často vyžadují kompletní výměnu, což má za následek vysoké náklady;
• Strategie řízení jsou složité (proti-mrazu,-přechlazení) a vyspělost technologie je nižší než u kapalinového chlazení.
