Sissejuhatus
Elektrisõidukitel (EV) on traditsiooniliste bensiinimootoriga autode ees mitmeid eeliseid, sealhulgas väiksem keskkonnasaaste, suurem energiatõhusus ja madalam müratase. Kuna naftavarud vähenevad ja akutehnoloogia areneb, on EV-d saavutanud või isegi ületanud tavaliste sõidukite sõiduomaduste ja ökonoomsuse. EV-d esindavad autotööstuse vältimatut suundumust uue põlvkonna, energiasäästlike ja keskkonnasõbralike sõidukite poole.
EV-de ülemaailmne kasutuselevõtt kiireneb koos tuntud autotööstusegaettevõttednagu General Motors, Volkswagen, BMW, Mercedes-Benz, Toyota, Honda ja Nissan, kes tutvustavad elektrimudeleid. sisseHiina, mitutootjadon turule toonud ka elektrisõidukite tooteid, mille turul on nüüd saadaval arvukalt puhtaid elektrisõidukeid ja hübriidmudeleid. Uute energiasõidukite majanduslik ja keskkonnaalane kasu äratab tarbijates üha enam huvi.
Riiklikud poliitikad toetavad ka elektrisõidukite ostmist erinevate soodustuste ja toetustega, vähendades tarbijate ees seisvaid tõkkeid ja kiirendades elektrisõidukite kasutuselevõttu. Kuna elektrisõidukid muutuvad laiemaks, teadvustatakse üha enam akude soojusjuhtimistehnoloogia tähtsust, mis mõjutab nii elektrisõidukite akude ohutust kui ka eluiga.
Aku soojusjuhtimise tähtsus
Keskkonna- ja turunõudlus elektrisõidukite järele
Erinevalt traditsioonilistest sõidukitest, EV-desttootaei tekita summutitoru heitmeid, vähendades oluliselt õhusaastet. sisseHiina, bensiiniheitmed põhjustavad uduse ilmaga 79% õhusaastest ning autode heitgaasid aitavad oluliselt kaasa PM2,5 tasemele, mis on tervisele kahjulik. EV-dele üleminek toob kasu nii keskkonnale kui ka tervisele, kuna elektrisõidukeid saab laadida, kasutades odavat haripunktivälist elektrit. Lisaks on elektrisõidukite kasutuskulud oluliselt madalamad kui bensiinimootoriga autodel. Näiteks elektrisõiduki energiakulu on vaid umbes neljandik bensiiniauto omast, muutes need tarbijatele üha atraktiivsemaks.
EV kasutuselevõttu toetavad valitsuse poliitikad
Thehiina keelvalitsus on näidanud tugevat toetust EV arendamisele. Alates 2001. aastast on see ellu viinud olulisi algatusi ja strateegilisi plaane elektrisõidukite teadus- ja arendustegevuse edendamiseks. Elektrisõidukite kasutuselevõtu soodustamiseks on kasutusele võetud sellised poliitikad nagu maksuvabastused, ostusoodustused ja teadusuuringute rahastamine. Need jõupingutused rõhutavad valitsuse pühendumust elektrisõidukite turu kasvu kiirendamisele.
Vajadus tõhusa aku soojusjuhtimise järele
Akud on elektrisõidukite tuumaks ja nende ohutuse seisukohalt üliolulised. Halb soojusjuhtimine võib põhjustada termilise äravoolu, mis põhjustab akude süttimise või plahvatuse. Lisaks mõjutab temperatuur oluliselt aku jõudlust ja eluiga. Uuringud näitavad, et liitiumpatareide kasutamine 45 kraadi juures vähendab nende tsükli eluiga umbes 60%. Tõhus soojusjuhtimine võib parandada aku jõudlust 30-40% võrra ja tagada ühtlase temperatuurijaotuse akude sees, pikendades eluiga ja suurendades ohutust.
Mis on aku soojusjuhtimine?
Aku soojusjuhtimine hõlmab akude temperatuuri kontrollimist, et säilitada nende optimaalne jõudlus ja eluiga. See hõlmab täpset temperatuuri mõõtmist ja jälgimist, tõhusaid jahutus- ja küttemehhanisme ning ühtlase temperatuurijaotuse tagamist kogu akuplokil. Hästi läbimõeldud soojusjuhtimissüsteem võib märkimisväärselt suurendada elektrisõidukite akude jõudlust ja ohutust.
Aurukambril põhineva aku soojusjuhtimise omadused
Füüsika ja keemia instituuthiina keelTeaduste Akadeemia on välja töötanud ainulaadse soojusjuhtimiselahendusaurukambritel (VC) põhinevate elektrisõidukite akude jaoks. Seelahendusühendab endas vedelikjahutuse kõrge efektiivsuse, õhkjahutuse lihtsuse ja töökindluse ning faasimuutusjahutuse isotermilised omadused. Selle tehnoloogia peamised omadused hõlmavad järgmist:
- Kõrge soojusjuhtivus:VC-del on uskumatult kõrge soojusjuhtivus, mis tagab suurepärase temperatuuri ühtluse ja kontrollib aku välistemperatuuri erinevusi 3 kraadi piires. Samaväärse soojusjuhtivusega kuni 200,000 W/m·K pakuvad VC-d enam kui 100 korda puhta vase soojusjuhtivust.
- Kompaktne ja kerge:VC-d on õhukesed (1-6mm), kompaktsed ja kerged, mistõttu on neid lihtne erinevate akukonfiguratsioonidega integreerida.
- Madal hooldus:VC-del pole liikuvaid osi, mis tagab kõrge töökindluse ja madalad hooldusnõuded.
- Kasu keskkonnale:Peamiselt alumiiniumist valmistatud VC-d on keskkonnasõbralikud ja taaskasutatavad.
- Kõrge töökindlus:VC-sid saab konstrueerida mitme üleliigse kambriga, mis tagab jätkuva töö ka siis, kui osa kambrist rikki läheb.
Aku jõudluse ja temperatuuri vaheline seos
Aku jõudlus ja eluiga on tihedalt seotud temperatuuriga. Näiteks liitiumraudfosfaatpatareide mahutavus väheneb oluliselt madalatel temperatuuridel, samas kui mõõdukatel temperatuuridel suureneb see järk-järgult. Akude optimaalse temperatuurivahemiku piires hoidmine on nende jõudluse ja eluea maksimeerimiseks ülioluline.
Temperatuuri jaotus akupakettides
Ebaühtlane temperatuurijaotus akude sees võib põhjustada sisemise takistuse ja mahutavuse ebaühtlust, mis võib põhjustada üksikute elementide ülelaadimist või tühjenemist. Õige soojusjuhtimine tagab ühtlase temperatuurijaotuse, suurendades aku jõudlust ja ohutust.
Akupaki erinevate akumoodulite tõttu võivad moodulitevahelised temperatuuride tasakaalustamatused süvendada sisemist takistust ja mahtuvuse ebaühtlust. Kui seda ei juhita tõhusalt, võib see aja jooksul põhjustada mõne elemendi ülelaadimist või tühjenemist, mõjutades jõudlust ja eluiga ning tekitades ohutusriske. Moodulite temperatuuride erinevus on tihedalt seotud akuploki paigutusega. Keskrakud koguvad soojust halva ventilatsiooni tõttu, samas kui perifeersetes rakkudes on paremad jahutustingimused ja nad on vähem altid ülekuumenemisele.
Aku soojusjuhtimine toimib kahel tasandil: esiteks, ümbritseva õhu temperatuuri reguleerimine, et hoida seda vahemikus, mis säilitab aku jõudlust, ja teiseks, tagades ühtlase jõudluse tagamiseks üksikute elementide vahel hea temperatuuri ühtluse. Järgmine ajutise termilise simulatsiooni graafik näitab, et ebatäiuslik soojusjuhtimissüsteem suurendab rakkude vahelisi temperatuuride erinevusi, mis aja jooksul kasvavad.
Praegused aku soojusjuhtimise tehnoloogiad
Traditsioonilised aku soojusjuhtimissüsteemid hõlmavad õhkjahutust, vedelikjahutust ja faasimuutusmaterjali (PCM) jahutust. Igal neist on oma eelised ja piirangud:
- Õhkjahutus:Kuigi see on odav ja hõlpsasti hooldatav, võib õhkjahutus vajada ülevaatamist, et see vastaks adekvaatselt suure võimsusega liitiumioonakude jahutusvajadustele, eriti suure tühjenemise ja äärmuslike keskkonnatingimuste korral. Näiteks on uuringud näidanud, et õhkjahutus ei ole piisav aku hoidmiseks ohutute temperatuuride piires kõrge tühjenemise korral.
- Vedeljahutus:Tagab parema jahutusvõime kui õhkjahutus, kuid hõlmab keerukaid süsteeme ja suuremaid kulusid. Isolatsiooni tagamine ja lekete vältimine on kriitilised väljakutsed. Vedelikjahutussüsteemid on tõhusad, kuid võivad olla altid sellistele probleemidele nagu leke ja nõuavad keerukamat hooldust.
- PCM jahutus:Kasutab temperatuuri juhtimiseks faasimuutuse varjatud soojust, kuid ei pruugi pideva suure võimsusega töötamise ajal soojust tõhusalt hajutada. PCM-materjalid tuleb hoolikalt valida, et tagada nende taluvus termilise koormusega ilma kiiresti küllastumata.
General Motorsi VOLT elektrisõiduki vedelikjahutusega aku
Hübriidsõiduki Toyota Prius õhkjahutusega aku
Mercedes-Benz S400h hübriidsõiduki vedelikjahutusega aku
VC-põhise aku soojusjuhtimise eelisedLahendused
- Suurepärane soojusjuhtivus:Tagab minimaalsed temperatuurierinevused ja hoiab ära termilise akumuleerumise, mis on kuumade kohtade ja termilise põgenemise vältimiseks ülioluline.
- Kompaktne ja kerge disain:Lihtne integreerida erinevate akukonfiguratsioonide ja jahutussüsteemidega. VC-de õhuke profiil muudab need sobilikuks kaasaegsete kompaktsete akude jaoks.
- Madal hooldus:Kõrge töökindlus ja minimaalsed hooldusnõuded. Liikuvate osade puudumine tähendab vähem võimalikke rikkekohti.
- Kasu keskkonnale:Alumiiniumkonstruktsioon on taaskasutatav ja keskkonnasõbralik. See on kooskõlas elektrisõidukite tööstuse jätkusuutlikkuse eesmärkidega.
- Kõrge töökindlus:Mitu üleliigset kambrit tagavad töö jätkumise isegi siis, kui osa kambrist rikki läheb. See koondamine on ohutuse ja jõudluse säilitamiseks erinevates töötingimustes ülioluline.
Rakendamise juhtumiuuring
Projekteerimistingimused
A ettevõtevaja soojusjuhtimissüsteemi puhta elektrilise siini jaoks, mille akuplokk koosneb 12 nöörist 6 paralleelsest silindrilisest elemendist, kogumahutavusega 150Ah – akupakett, mis on vajalik 500A laadimisvoolu ja 250A tühjenemisvooluga toimetulemiseks.
Mõõdetud aku soojuse tootmine
Üksikute rakkude soojuse teket erinevatel eluetappidel mõõdeti 4C laadimis- ja tühjendustingimustes. Tulemused näitasid erinevat soojuse genereerimise kiirust, mis andis ülevaate soojusjuhtimissüsteemi kavandamisest.
Toote struktuuri disain
Mõõtmiste põhjal lõi Kaixin Aluminium akupaketi, mis sisaldas VC-põhist soojusjuhtimissüsteemi. Disain hõlmas üksikasjalikke kaalutlusi, et tagada ühtlane temperatuurijaotus ja tõhus soojuse hajumine kõigis rakkudes.
Testi tulemused
Toode läbis kolm laadimis-tühjenemise tsüklit koos temperatuuri jälgimisega. Tulemused näitasid, et VC-põhine süsteem kontrollis tõhusalt aku temperatuuri, hoides seda soovitud vahemikus ja tagades ühtlase temperatuurijaotuse. Testimisprotsess hõlmas kontrollitud laboritingimusi ja reaalseid simulatsioone, mis kontrollisid jõudlust erinevatel stsenaariumidel.
Järeldus
VC-põhine soojusjuhtiminelahendusKaixin Aluminiumi poolt välja töötatud pakub ülitõhusat, kompaktset ja usaldusväärset meetodit elektrisõidukite akude termiliste omaduste haldamiseks. Seelahendussuurendab elektrisõidukite akude jõudlust, ohutust ja eluiga, tagades ühtlase temperatuurijaotuse ja vältides termilist äravoolu. Üle 15-aastase kogemusega kvaliteetsete jahutusradiaatorite toodete eksportimisel Euroopasse ja pakkumiselkohandatud lahendusisuurettevõtete jaoks on Kaixin Aluminium hea positsiooniga, et vastata elektrisõidukite turu muutuvatele vajadustele.