تکنیک خنک کننده در باتری اتومبیل های EV

وسایل نقلیه الکتریکی (EV) به سرعت در حال انتقال از تازگی به ضرورت هستند که ناشی از ترکیبی از پیشرفت های فناوری ، نگرانی های زیست محیطی و مشوق های اقتصادی است. دکتر جان اسمیت از نوآوری های Greentech نقش اساسی مدیریت حرارتی در EVS را برجسته می کند ، با بیان ، "تکامل خنک کننده باتری در EVS برای عملکرد و ماندگاری آنها بسیار مهم است."این جهش تکنولوژیکی تضمین می کند که EV ها به طور کارآمد در آب و هوای متنوع عمل می کنند و به یکی از مهمترین موانع در تصویب EV پرداخته می شود.

فشار به سمت EVS بیشتر توسط سیاست های انتشار کربن از سال 2035 تقویت می شود: اتحادیه اروپا با هدف دستیابی به بی طرفی کربن ، اسناد متعددی را صادر کرده و استانداردهای سختگیرانه انتشار کربن را برای صنعت خودرو تعیین کرده است:

مشوق های خرید وسایل نقلیه: اگرچه برخی از کشورها با نفوذ زیاد وسایل نقلیه انرژی جدید شروع به کاهش یارانه های خرید در سال 2022 کردند ، اما بیشتر کشورهای اروپایی همچنان یارانه ها را ارائه می دهند و مصرف کنندگان را برای خرید تحریک می کنند.

به عنوان مثال ، آلمان انگیزه قابل توجهی برای خریداران وسایل نقلیه برقی ارائه می دهد ، و در یارانه های خرید یک وسیله نقلیه کاملاً الکتریکی و حداکثر 6،750 یورو برای هیبریدهای پلاگین ، 9 یورو ، {1}} را فراهم می کند ، و ترکیب سهم فدرال و سازنده را در اختیار شما قرار می دهد.

مواد صفحه خنک کننده:به طور معمول از موادی با هدایت حرارتی بالا مانند آلومینیوم (تقریباً 235 وزنی در متر در ساعت) یا مس (تقریباً 398 تا 400 W/m · K) ساخته شده است. این مواد برای توانایی آنها در جذب سریع و انتقال گرما از سلولهای باتری EV انتخاب می شوند. اما ما به طور کلی صفحه سرد خنک کننده آلومینیوم را به دلیل وزن سبک و قیمت مناسب آنها در مقایسه با صفحات سرد لوله مس انتخاب کردیم.

به خصوص در طراحی وسایل نقلیه الکتریکی ، کاهش وزن وسیله نقلیه عامل مهمی در افزایش بهره وری انرژی و دامنه رانندگی است و باعث می شود مواد آلومینیومی سبک وزن انتخابی ایده آل برای صفحات خنک کننده باتری باشند.

انتقال حرارت

-گردش خون خنک کننده:

در داخل صفحه خنک کننده مایع ، شبکه ای از کانال ها وجود دارد که از طریق آن یک مایع خنک کننده مایع جریان می یابد. این مایع خنک کننده می تواند آب ، مخلوط گلیکول آب یا مایع دیگری با خاصیت حرارتی خوب یا سازگاری سیال صدا مانند نیتروژن مایع یا هلیوم باشد. با عبور از مایع خنک کننده از کانالها ، گرما را از باتری جذب می کند و آن را به یک سینک گرما منتقل می کند که در آن در هوای اطراف آزاد می شود.

 

هدایت گرما:

از آنجا که مسیر جریان خنک کننده از طریق کانال ها حرکت می کند ، گرمای انجام شده از طریق صفحه را جمع می کند. ظرفیت گرمای خاص مایع به آن اجازه می دهد مقدار قابل توجهی از گرما را جذب کند و انتقال مؤثر گرما را به دور از منبع تسهیل می کند.

انتقال حرارت

-گردش خون خنک کننده:

در داخل صفحه خنک کننده مایع ، شبکه ای از کانال ها وجود دارد که از طریق آن یک مایع خنک کننده مایع جریان می یابد. این مایع خنک کننده می تواند آب ، مخلوط گلیکول آب یا مایع دیگری با خاصیت حرارتی خوب یا سازگاری سیال صدا مانند نیتروژن مایع یا هلیوم باشد. با عبور از مایع خنک کننده از کانالها ، گرما را از باتری جذب می کند و آن را به یک سینک گرما منتقل می کند که در آن در هوای اطراف آزاد می شود.

هدایت گرما:

از آنجا که مسیر جریان خنک کننده از طریق کانال ها حرکت می کند ، گرمای انجام شده از طریق صفحه را جمع می کند. ظرفیت گرمای خاص مایع به آن اجازه می دهد مقدار قابل توجهی از گرما را جذب کند و انتقال مؤثر گرما را به دور از منبع تسهیل می کند.

-گردش خون:

پس از جذب گرما ، مایع خنک کننده که اکنون گرم شده است از قطره فشار صفحه خنک کننده از طریق لوله خنک کننده پمپ می شود و به یک مبدل حرارتی یا سینک گرما می رود.
 

-اد یا همرفت:

در مبدل حرارتی ، گرمای حاصل از مایع خنک کننده در هوای اطراف یا محیط دیگر از بین می رود. این فرآیند معمولاً توسط طرفداران یا همرفت طبیعی برای افزایش کارآیی حذف گرما کمک می شود.
 

-چرخش چرخش:

هنگامی که مایع خنک کننده گرمای جذب شده خود را آزاد کرد ، خنک می شود و سپس گرمای زباله از طریق صفحه خنک کننده به عقب باز می شود تا روند جذب گرما ادامه یابد.

اتلاف گرمای کارآمد:
 

صفحات خنک کننده مایع به دلیل هدایت حرارتی بالاتر مایعات می توانند گرما را نسبت به سیستم های خنک کننده هوا از بین ببرند. این امر به نگه داشتن باتری و اجزای الکترونیکی در محدوده دمای مطلوب آنها ، حتی در شرایط بار زیاد کمک می کند.

از آنجا که تصویر نشان داده شده در اینجا ، ما مشخص هستیم که خنک کننده هوا 5 ٪ در ساعت با خنک کننده مایع 2 ٪ در ساعت تخریب می کند ، نشان می دهد که این قابلیت اطمینان بسیار بالایی از خنک کننده عملکرد در مدیریت بار حرارتی باتری ها برای دوره های طولانی است.

توزیع دمای یکنواخت:
 

آنها توزیع دمای یکنواخت تری را در سلولهای باتری فراهم می کنند و خطر نقاط مهم را کاهش می دهند. این خنک کننده یکنواخت برای طول عمر و قابلیت اطمینان سلولهای باتری بسیار مهم است ، زیرا از فراری حرارتی جلوگیری می کند و عملکرد مداوم را تضمین می کند.

 

توزیع دمای یکنواخت:
 

آنها توزیع دمای یکنواخت تری را در سلولهای باتری فراهم می کنند و خطر نقاط مهم را کاهش می دهند. این خنک کننده یکنواخت برای طول عمر و قابلیت اطمینان سلولهای باتری بسیار مهم است ، زیرا از فراری حرارتی جلوگیری می کند و عملکرد مداوم را تضمین می کند.

به نظر می رسد این محدوده دمای مطلوب در حدود 20 درجه تا 25 درجه است که باتری با راندمان اوج کار می کند. به جز این محدوده ، هر دو توانایی باتری در تحویل قدرت و دامنه رانندگی EV کاهش می یابد. دمای بسیار سرد باعث کاهش قدرت و دامنه باتری می شود ، در حالی که درجه حرارت بسیار بالا می تواند باعث گرم شدن بیش از حد و تخریب احتمالی عمر باتری شود. بنابراین ما پیشنهاد می کنیم که حفظ دمای باتری در این محدوده بهینه برای به حداکثر رساندن دامنه رانندگی و عملکرد کلی EV بسیار مهم است. به همین دلیل توصیه می کنیم به جای استفاده از خنک کننده هوا ، صفحات سرد مایع عملکردی را برای اتومبیل های EV خود پیدا کنید.

-آزای کاهش:

بر خلاف سیستم های خنک کننده هوا که به فن ها متکی هستند ، سیستم های خنک کننده مایع بی سر و صدا کار می کنند و به یک تجربه رانندگی دلپذیر تر کمک می کنند. این تحقیق نشان داد که سر و صدای حاصل از سیستم خنک کننده هوا در مقایسه با فناوری های خنک کننده مایع تنها در 30 دسی بل در وضعیت استاتیک حدود 50 دسی بل است. این کاهش قابل توجه در آلودگی صوتی نه تنها به نفع راننده و مسافران است بلکه باعث کاهش آلودگی صوتی برای افراد خارج از وسیله نقلیه می شود. به عنوان مثال ، مدل Tesla S مدل کاهش صدا تنها 63.5 دسی بل تنها در 70 کیلومتر در ساعت است.