Топлинно управление на батерии за електрически превозни средства: текущото състояние и бъдещето на технологията за течно охлаждане

С трансформацията на глобалната енергийна структура и подобряването на осведомеността за опазване на околната среда, електрическите превозни средства се превърнаха във важна посока на развитие на автомобилната индустрия. Като „сърцето“ на електрическите превозни средства, производителността и животът на батериите пряко влияят върху производителността и надеждността на цялото превозно средство.

В този контекст значението на системите за термично управление на батерията става все по-видно и технологията за течно охлаждане, като един от ефективните методи за разсейване на топлината, се превърна в една от ключовите технологии за подобряване на производителността на електрическите превозни средства. Той е изправен пред двойните предизвикателства на технологичния прогрес и контрола на разходите и постепенно се превърна в изследователска гореща точка в индустрията.

Общ преглед на технологията за течно охлаждане

Технологията за течно охлаждане се отнася до циркулацията на течна среда (като вода, разтвор на етилен гликол и др.) за отстраняване на топлината, генерирана от батерията, като по този начин поддържа батерията да работи в подходящ температурен диапазон. Тази технология е особено важна при високоефективните електрически превозни средства, тъй като може ефективно да удължи живота на батерията, да подобри енергийната плътност и ефективността на зареждане.

В сравнение с традиционните системи за въздушно охлаждане, системите за течно охлаждане имат предимствата на по-висока ефективност на топлопроводимост, по-малък размер и тегло и по-нисък шум.

Ключови технологии

Проектирането и производството на системи за течно охлаждане е цялостен проект, който изисква инженерите да имат интердисциплинарни знания и умения, както и задълбочено разбиране на нови материали, нови процеси и нови технологии. Включените множество ключови технологии включват, но не се ограничават до:

01 Дизайн на канала за поток

Дизайнът на канала за потока е в основата на системата за течно охлаждане и пряко влияе върху характеристиките на потока и ефективността на топлообмена на охлаждащата течност. Чрез използване на технология за симулация на изчислителна динамика на флуидите (CFD), инженерите могат да симулират потока на охлаждащата течност в канала на потока и да прогнозират и анализират ефективността на топлообмена. В комбинация с метода за оптимизиране на структурната топология може да се намери оптималната геометрия на канала за потока, за да се постигне по-висока топлопроводимост и по-ниско съпротивление на флуида.

02 Избор на материал

Изборът на материали има пряко влияние върху работата на системата за течно охлаждане. Обикновено плочите за течно охлаждане избират метални материали с висока топлопроводимост, като алуминий или мед, които могат ефективно да отвеждат топлината от източника на топлина и бързо да я отвеждат през охлаждащата течност. Въпреки това, в допълнение към топлопроводимостта, устойчивостта на корозия и механичната якост на материала също са фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането. Тези характеристики гарантират, че системата за течно охлаждане може да поддържа дългосрочна стабилност и надеждност в различни работни среди.

03 Помпа и радиатор

Помпата и радиаторът са "сърцето" и "белите дробове" на системата за течно охлаждане. Заедно те поддържат циркулацията на охлаждащата течност и разсейването на топлината. Като "източник на енергия" на системата за течно охлаждане, ключът към избора на помпата се крие в нейната ефективност и надеждност. Трябва да се гарантира, че може да осигури стабилен дебит при различни работни условия. Дизайнът на радиатора трябва да вземе предвид рентабилността, като същевременно гарантира разсейване на топлината, за да се постигне най-добрата рентабилност.

04 Стратегия за контрол

Стратегията за контрол е от решаващо значение за ефективната работа на системата за течно охлаждане. Чрез прецизни алгоритми за управление, скоростта на потока на охлаждащата течност и работните параметри на радиатора могат да бъдат динамично регулирани според действителната температура и работно състояние на източника на топлина, като по този начин се гарантира, че температурата на батерията или други ключови компоненти е стабилна в рамките на оптимален работен диапазон за предотвратяване на прегряване или преохлаждане.

05 Производствен процес

Напредъкът на производствения процес пряко влияе върху производителността и надеждността на системата за течно охлаждане. Използването на технология за 3D печат и микроканална технология за обработка може да постигне прецизно производство на плочи за течно охлаждане. Тези технологии правят размера и формата на канала за потока по-прецизни, като по този начин подобряват компактността и ефективността на разсейване на топлината на цялата система. В същото време усъвършенстваните производствени процеси също помагат за намаляване на производствените дефекти и подобряват последователността и надеждността на продукта.

Състояние на приложението и тенденции в развитието

С популярността на електрическите превозни средства, пазарът на системи за течно охлаждане преживява бърз растеж. От една страна, марките електрически превозни средства от висок клас ще продължат да приемат системи за течно охлаждане, за да поддържат конкурентоспособността си на пазара; от друга страна, с намаляването на цената на технологията пазарите от среден и нисък клас постепенно ще приемат системите за течно охлаждане. В допълнение, с подкрепата на глобалната политика и субсидиите за нови енергийни превозни средства, пазарното търсене на системи за течно охлаждане ще се разшири допълнително.

Понастоящем много марки електрически превозни средства от висок клас са започнали да приемат системи за течно охлаждане, като Porsche и Audi, а Model S и Model X на Tesla използват батерийни системи с течно охлаждане, които постигат ефективно термично управление чрез интегрирани охладителни плочи и системи за циркулация на охлаждащата течност в комплекта батерии.