Введение
Электромобили (EV) обладают многочисленными преимуществами по сравнению с традиционными автомобилями с бензиновым двигателем, включая снижение загрязнения окружающей среды, более высокую энергоэффективность и более низкий уровень шума. По мере истощения нефтяных ресурсов и развития аккумуляторных технологий электромобили достигли или даже превзошли ходовые качества и экономичность обычных автомобилей. Электромобили представляют собой неизбежную тенденцию автомобильной промышленности к созданию энергосберегающих и экологически чистых транспортных средств нового поколения.
Глобальное внедрение электромобилей ускоряется благодаря известному автомобильномукомпаниитакие как General Motors, Volkswagen, BMW, Mercedes-Benz, Toyota, Honda и Nissan, представляющие электрические модели. ВКитай, несколькопроизводителитакже выпустили электромобили, и теперь на рынке доступно множество чисто электромобилей и гибридных моделей. Экономические и экологические преимущества новых энергетических транспортных средств все больше привлекают интерес потребителей.
Национальная политика также поддерживает покупку электромобилей посредством различных стимулов и субсидий, снижая барьеры для потребителей и ускоряя внедрение электромобилей. По мере того, как электромобили становятся все более распространенными, все больше признается важность технологии управления температурным режимом аккумуляторов, которая влияет как на безопасность, так и на срок службы аккумуляторов электромобилей.
Важность управления температурой батареи
Экологический и рыночный спрос на электромобили
В отличие от традиционных автомобилей, электромобилипроизводитьотсутствие выбросов из выхлопных труб, что значительно снижает загрязнение воздуха. ВКитайВыбросы бензина ответственны за 79% загрязнения воздуха в туманную погоду, а выхлопы автомобилей вносят значительный вклад в уровень PM2,5, которые вредны для здоровья. Переход на электромобили дает преимущества как для окружающей среды, так и для здоровья, поскольку электромобили можно заряжать с помощью недорогой электроэнергии в непиковое время. Кроме того, эксплуатационные расходы электромобилей значительно ниже, чем у автомобилей с бензиновым двигателем. Например, стоимость энергии для электромобиля составляет лишь около четверти от стоимости бензинового автомобиля, что делает их все более привлекательными для потребителей.
Государственная политика, поддерживающая внедрение электромобилей
КитайскийПравительство оказало решительную поддержку развитию электромобилей. С 2001 года компания реализовала важные инициативы и стратегические планы по стимулированию исследований и разработок электромобилей. Такие меры, как налоговые льготы, стимулирование покупок и финансирование исследований, были введены для стимулирования внедрения электромобилей. Эти усилия подчеркивают стремление правительства ускорить рост рынка электромобилей.
Необходимость эффективного управления температурой батареи
Аккумуляторы являются основой электромобилей и имеют решающее значение для их безопасности. Плохое управление температурным режимом может привести к выходу из-под контроля температуры, в результате чего батареи загорятся или взорвутся. Кроме того, температура существенно влияет на производительность и срок службы аккумулятора. Исследования показывают, что эксплуатация литиевых батарей при температуре 45 градусов сокращает срок их цикла примерно на 60%. Эффективное управление температурным режимом может повысить производительность батареи на 30-40 % и обеспечить равномерное распределение температуры внутри аккумуляторных блоков, продлевая срок службы и повышая безопасность.
Что такое терморегулирование батареи?
Управление температурным режимом аккумуляторов включает в себя контроль температуры аккумуляторов для поддержания их оптимальной производительности и срока службы. Это включает в себя точное измерение и мониторинг температуры, эффективные механизмы охлаждения и нагрева, а также обеспечение равномерного распределения температуры по аккумуляторной батарее. Хорошо спроектированная система управления температурным режимом может значительно повысить производительность и безопасность аккумуляторов электромобилей.
Характеристики терморегуляции аккумуляторной батареи с паровой камерой
Физико-химический институт им.КитайскийАкадемия наук разработала уникальную систему терморегулированиярешениедля аккумуляторов электромобилей на основе испарительных камер (ВК). Этотрешениесочетает в себе высокую эффективность жидкостного охлаждения, простоту и надежность воздушного охлаждения и изотермические свойства фазового охлаждения. К ключевым особенностям этой технологии относятся:
- Высокая теплопроводность:VC обладают невероятно высокой теплопроводностью, обеспечивая превосходную однородность температуры и контролируя разницу внешних температур батареи в пределах 3 градусов. Обладая эквивалентной теплопроводностью до 200000 Вт/м·К, VC обеспечивают более чем в 100 раз большую теплопроводность, чем чистая медь.
- Компактный и легкий:VC тонкие (1-6 мм), компактные и легкие, что позволяет легко интегрировать их с различными конфигурациями батарей.
- Низкие расходы:VC не имеют движущихся частей, что обеспечивает высокую надежность и низкие требования к техническому обслуживанию.
- Экологические преимущества:Изготовленные в основном из алюминия, VC являются экологически чистыми и подлежат вторичной переработке.
- Высокая надежность:VC могут быть спроектированы с несколькими резервными камерами, что обеспечивает непрерывную работу даже в случае выхода из строя части камеры.
Связь между производительностью батареи и температурой
Производительность и срок службы батареи тесно связаны с температурой. Например, емкость литий-железо-фосфатных аккумуляторов существенно снижается при низких температурах, а при умеренных – увеличивается более постепенно. Поддержание аккумуляторов в оптимальном температурном диапазоне имеет решающее значение для максимизации их производительности и срока службы.
Распределение температуры в аккумуляторных блоках
Неравномерное распределение температуры внутри аккумуляторных блоков может привести к несоответствию внутреннего сопротивления и емкости, что может привести к перезарядке или чрезмерной разрядке отдельных элементов. Правильное управление температурным режимом обеспечивает равномерное распределение температуры, повышая производительность и безопасность аккумулятора.
Из-за различных аккумуляторных модулей в аккумуляторном блоке температурный дисбаланс между модулями может усугубить внутреннее сопротивление и несоответствие емкости. Если не принять эффективные меры, это может со временем привести к перезарядке или чрезмерной разрядке некоторых элементов, что повлияет на производительность и срок службы, а также создаст угрозу безопасности. Разница температур между модулями тесно связана с расположением аккумуляторной батареи. Центральные ячейки накапливают тепло из-за плохой вентиляции, тогда как периферийные ячейки имеют лучшие условия охлаждения и менее склонны к перегреву.
Управление температурой батареи работает на двух уровнях: во-первых, контроль температуры окружающей среды, чтобы поддерживать ее в диапазоне, обеспечивающем производительность батареи, и, во-вторых, обеспечение хорошей однородности температуры между отдельными элементами для обеспечения стабильной производительности. Следующий график моделирования переходных процессов показывает, что несовершенная система управления температурным режимом увеличивает разницу температур между элементами, которая со временем увеличивается.
Современные технологии управления температурным режимом аккумуляторов
Традиционные системы управления температурой аккумуляторов включают воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и охлаждение материалом с фазовым переходом (PCM). У каждого есть свои преимущества и ограничения:
- Воздушное охлаждение:Несмотря на низкую стоимость и простоту обслуживания, воздушное охлаждение, возможно, придется пересмотреть, чтобы адекватно удовлетворить потребности в охлаждении литий-ионных батарей большой емкости, особенно при высоких скоростях разряда и экстремальных условиях окружающей среды. Например, исследования показали, что воздушного охлаждения недостаточно для поддержания аккумуляторной батареи в безопасных пределах температуры при высоких скоростях разряда.
- Жидкостное охлаждение:Обеспечивает лучшую эффективность охлаждения, чем воздушное охлаждение, но требует использования сложных систем и более высоких затрат. Обеспечение изоляции и предотвращение утечек являются критически важными задачами. Системы жидкостного охлаждения эффективны, но могут быть подвержены таким проблемам, как утечки, и требуют более сложного обслуживания.
- PCM Охлаждение:Использует скрытую теплоту фазового перехода для управления температурой, но не может эффективно рассеивать тепло во время непрерывной работы на высокой мощности. Материалы ПКМ необходимо тщательно выбирать, чтобы они могли выдерживать тепловую нагрузку, не достигая быстрого насыщения.
Аккумуляторная батарея с жидкостным охлаждением электромобиля General Motors VOLT
Аккумуляторная батарея с воздушным охлаждением гибридного автомобиля Toyota Prius
Аккумуляторная батарея с жидкостным охлаждением гибридного автомобиля Mercedes-Benz S400h
Преимущества управления температурой батареи на основе VCРешения
- Превосходная теплопроводность:Обеспечивает минимальную разницу температур и предотвращает накопление тепла, что имеет решающее значение для предотвращения перегрева и температурного неконтроля.
- Компактный и легкий дизайн:Простая интеграция с различными конфигурациями аккумуляторов и системами охлаждения. Тонкий профиль виртуальных катушек делает их подходящими для современных компактных батарей.
- Низкие расходы:Высокая надежность и минимальные требования к техническому обслуживанию. Отсутствие движущихся частей означает меньшее количество потенциальных отказов.
- Экологические преимущества:Алюминиевая конструкция пригодна для вторичной переработки и экологически безопасна. Это соответствует целям устойчивого развития отрасли электромобилей.
- Высокая надежность:Несколько резервных камер обеспечивают непрерывную работу, даже если часть камеры выйдет из строя. Такое резервирование имеет решающее значение для поддержания безопасности и производительности в различных условиях эксплуатации.
Пример реализации
Условия проектирования
A компаниятребовалась система терморегулирования для чисто электрического автобуса с аккумуляторным блоком, состоящим из 12 рядов по 6 параллельных цилиндрических элементов, общей емкостью 150 Ач — аккумуляторный блок должен был выдерживать ток зарядки 500 А и ток разрядки 250 А.
Измеренное тепловыделение батареи
Тепловыделение отдельных ячеек на разных стадиях жизни измерялось в условиях зарядки и разрядки 4C. Результаты показали различную скорость выделения тепла, что послужило основой для разработки системы терморегулирования.
Проектирование структуры продукта
На основе измерений компания Kaixin Aluminium разработала конструкцию аккумуляторной батареи, включающую систему управления температурным режимом на основе VC. В конструкции были тщательно продуманы вопросы обеспечения равномерного распределения температуры и эффективного рассеивания тепла по всем ячейкам.
Результаты теста
Изделие прошло три цикла зарядки-разрядки с постоянным контролем температуры. Результаты показали, что система на основе VC эффективно контролирует температуру батареи, поддерживая ее в желаемом диапазоне и обеспечивая равномерное распределение температуры. Процесс тестирования включал контролируемые лабораторные условия и моделирование в реальном мире, проверяющее производительность в различных сценариях.
Заключение
Управление температурным режимом на основе VCрешениеРазработанный Kaixin Aluminium предлагает высокоэффективный, компактный и надежный метод управления тепловыми характеристиками аккумуляторов электромобилей. Этотрешениеповышает производительность, безопасность и срок службы аккумуляторов электромобилей, обеспечивая равномерное распределение температуры и предотвращая перегрев. Имея более чем 15-летний опыт экспорта высококачественных радиаторов в Европу и предоставленияобычай решенияДля крупных предприятий Kaixin Aluminium имеет хорошие возможности для удовлетворения растущих потребностей рынка электромобилей.