EV аккумуляторының жылу режимін басқару: Негізгі шешімдер мен материалдар

ҚЫСҚАША

Электрли көліктердің аккумулятор корпусы үшін тиімді жылу режимін басқару шешімдері — жұмыс қауіпсіздігін қамтамасыз ету, өнімділікті оптималдау және аккумулятордың жұмыс істеу мерзімін ұзарту үшін маңызды. Негізгі стратегияларға ауа мен сұйық суытуды қамтитын белсенді жүйелер мен фазалық күйін өзгертетін материалдарды (PCMs) қолданатын жабық жүйелер жатады. Бұлар жылу интерфейс материалдары (TIMs), герметиктер мен диэлектрикалық қаптамалар сияқты күрделі компоненттер жиынтығы арқылы іске асырылады және барлығы бірге жылуды шашыратып, термиялық тізбектің бұзылуынан сақтайды.

Электрлі көліктердегі аккумуляторлардағы жылу режимін басқарудың маңызды рөлі

Электрлік көліктердің батареяларында күрделі жылу реттеудің қажеттілігі тікелей кеңінен қолданылатын литий-ионды (Li-ion) элементтердің электрохимиялық табиғатынан туындайды. Бұл батареялар жоғары энергия тығыздығы мен ұзақ жұмыс істеу мерзімінің жеңіске апарар комбинациясын ұсынады, бірақ олардың ішкі химиясы маңызды жылулық қиындықтарды туғызады. Электр зарядының ағымын жеңілдететін электролит ерітіндісі әдетте жоғары жанғыштыққа ие органикалық қосылыстардан жасалады, сондықтан оны дұрыс басқармаса, ішкі жану қаупі пайда болады. Сондықтан батарея блогын тар температураның оптималды диапазонында ұстау тек өнімділік мәселесі ғана емес, сонымен қатар негізгі қауіпсіздіктің өзі.

Ең ауыр тәуекел — термиялық шығын деп аталатын құбылыс. Бұл жалғыз ұяшықтың ішкі қысқа тұйықталу, артық зарядтау немесе механикалық зақымдану салдарынан қызып кеткенде басталуы мүмкін тізбекті оқиға. Бастапқы қызу көршілес ұяшықтардың қызып, тұтануын тудырып, модульдің немесе пакеттің барлық бойымен таралатын өртке әкеп соғуы мүмкін. Мұндай өрттер сөндіруге өте қиын және қауіпсіздікке үлкен қауіп төндіреді. Тиімді жылу режимін басқару жүйелері мұндай оқиғаларға қарсы негізгі қорғаныс болып табылады және қалыпты жұмыс істеу кезінде жылуды шашыратуға және таралуды болдырмау үшін қажетсіз ұяшықтарды бөліп алуға арналған.

Қателіктің салдарынан құтылумен қатар, температура батареяның күнделікті жұмыс істеуі мен қызмет ету ұзақтығына терең әсер етеді. Термиялық дұрыспену нүктесінен көп төмен болса да, жоғары температура батарея компоненттерінің химиялық ыдырауын тездетеді, қуат сыйымдылығын төмендетеді және пайдалы қызмет ету мерзімін қысқартады. Керісінше, өте төмен температура қуат пен энергияны жоғалтуға әкеледі және аса суықта тұрақты зақымдану немесе істен шығуға әкеп соғуы мүмкін. Жақсы жобаланған жылу реттеу жүйесі батареяның идеалды температуралық диапазонында жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, осылайша тиімділікті, зарядтау жылдамдығын және жалпы қызмет ету ұзақтығын максималдандырады.

Негізгі жылу реттеу стратегиялары: Салыстырмалы талдау

EV аккумуляторлары үшін жылу режимін басқару шешімдері негізінен белсенді және пассивті жүйелерге бөлінеді. Белсенді жүйелер жұмыс істеу үшін энергияны тұтынады, бірақ жоғары өнімділік көрсетеді, ал пассивті жүйелер термодинамика заңдарына сүйенеді және сыртқы электр қуатын қажет етпейді. Стратегияны таңдау автомобильдің өнімділік талаптарына, құнына және аккумулятор блогының қуаттылығына байланысты.

Белсенді суыту жүйелері

Белсенді жүйелер суыту ортасын қозғалту және жылуды аккумулятор блогынан шығару үшін механикалық компоненттерді пайдаланады. Негізгі екі әдіс мыналар:

• Қандық шыны: Бұл - белсенді басқарудың ең қарапайым түрі, аккумулятор модульдерінің айналасында және суыту каналдары арқылы ауаны циркуляциялау үшін желдеткіштерді пайдаланады. Ол салыстырмалы түрде арзан және жеңіл. Дегенмен, ауаның жылу сыйымдылығының төмендігіне байланысты оның тиімділігі шектеулі, сондықтан жоғары өнімділікті EV немесе айналадағы орта температурасы жоғары болатын ыстық климатта жұмыс істейтін транспорт құралдары үшін аз тиімді.
• Сұйық суыту: Бұл қазіргі заманғы ЭК-лар үшін ең кең таралған әрі тиімді әдіс. Су мен гликоль қоспасынан тұратын сұйық салқындатқыш аккумуляторлық модульдерге тиіп тұратын түтіктер немесе суық тақталар желісі арқылы айналым жасайды. Сұйықтық элементтерден жылуды сіңіріп алады да, оны радиаторға тасымалдайды, мұнда ол қоршаған ортаға шығарылады. Бұл әдіс жақсырақ және біркелкі салқындатуға мүмкіндік береді, бірақ жүйеге күрделілік, салмақ пен қосымша құн қосады.

Жартылай белсенді салқындату жүйелері

Жартылай белсенді жүйелер қуатталатын компоненттерсіз жылумен басқару жүзеге асырады, сондықтан олар қарапайым және сенімді, бірақ жиі белсенді жүйелерге қарағанда әлдеқайда әлсіз болады.

• Фазалық өзгеріс материалдары (PCMs): Бұл материалдар фазалық өзгеріс кезінде, әдетте қатты күйден сұйық күйге өткенде, жасырын жылу мөлшерін үлкен мөлшерде жұтады. Фаза өзгерту материалдары (PCM) аккумулятор блогына интеграцияланған және ұяшықтардың бөліп шығарған жылуын жұтады, осы процесте ериді. Бұл ұяшық температурасын тұрақты ұстайды. Аккумулятор суыған кезде PCM қайта қатаяды және жиналған жылуды босатады. Әлбетте, олардың сыйымдылығы шектеулі, сондықтан олар ұзақ уақытқа созылатын жоғары қуатты пайдалануға қарағанда, аралас жылу жүктемелерін басқаруға ең жарамды.

Тәсілдерді салыстыру

Жылу жүйелеріндегі маңызды материалдар мен компоненттер

Кез-келген жылулық басқару тәсілінің тиімділігі аккумулятор қораптамасының ішіндегі жылуды және электр тоғын беру, блоктау немесе басқару үшін құрылған мамандандырылған материалдар экожүйесіне тәуелді. Бұл материалдар салқындату жүйелерінің тиімді және қауіпсіз жұмыс істеуін қамтамасыз ететін белгісіз батырлар.

Жылулық интерфейстік материалдар (TIMs): Тегіс болып көрінетін беттердің өзінде де микроскопиялық ақаулар бар, олар ауа саңылауларын жасайды. Ауа жылуды нашар өткізетіндіктен, бұл саңылаулар жылу алмасуды қиындатады. Жылу көзі (мысалы, аккумулятор ұяшығы) мен суыту компоненті (мысалы, суық пластина) арасындағы осы саңылауларды толтыру үшін TIM-дер қолданылады, бұл жылудың тиімді түрде өтуін қамтамасыз етеді. Олар жылу өткізгіш желімдер, сұйық толтырғыштар, май немесе тақталар түрінде болуы мүмкін. Көлік массасын азайту үшін, әрі қозғалыс қашықтығын максималдандыру үшін маңызды болғандықтан, қатты тақталардың орнына сұйық толтырғыштарды қолдану тиімді.

Қаптамалық материалдар: Бұл материалдар, жиі пайдаланылатын полиуретан тақиялар, екі мақсатқа ие. Біріншіден, олар батарея жинағын біріктіріп, элементтерді соққы мен тербелістен қорғайтын құрылымдық қолдау көрсетеді. Екіншіден, одан да маңыздысы, олар өртке қарсы кедергі ретінде әрекет етеді. Жеке элемент жылулық басып шығу режиміне түскен жағдайда, от баяулатқыш инкапсулянт оқиғаны шектей алады және өрт пен қатты ыстықты көршілес элементтерге таралудан сақтайды. Мұндай шектеу көліктегі адамдарға қауіпсіз эвакуациялану үшін уақыт беру үшін өте маңызды.

Диэлектрикалық қаптамалар: Батарея пакеті сияқты жоғары кернеулі ортада электр доғасын болдырмау ең маңызды мәселе. Электр изоляциясын қамтамасыз ету үшін шиндер, суыту пластиналары және элемент қораптары сияқты компоненттерге диэлектрикалық қаптамалар жабысады. Күрделі қаптамалар сонымен қатар жылу өткізгіштігі болатындай әзірленген, бұл оларға қысқа тұйықталуды болдырмау кезінде жылу шашыратуға үлес қосуға мүмкіндік береді. Бұл екі функция тығыз және энергияға қаныққан батарея конструкцияларын жасау үшін өте қажет.

Изоляциялық материалдар: Кейбір материалдар жылулықты алыстату үшін жасалған болса, басқалары оны бөгейтіндей етіп жасалады. Слюдадан, керамикалық қағаздардан немесе аэрогельдерден жасалған төменгі жылу өткізгіштікке ие изоляциялық материалдар қате жұмыс істейтін көршінің жылуынан дұрыс жұмыс істейтін ұяшықтарды қорғау үшін стратегиялық тұрғыда орнатылады. Бұл ұяшықтар арасындағы жылулық бейімділіктің таралуын болдырмаудың тағы бір негізгі стратегиясы болып табылады және аккумулятордың көп қабатты қауіпсіздік жүйесінің маңызды бөлігін құрайды.

Жүйелік интеграция: Аккумулятор қорапшасының экожүйесін жобалау

Тиімді жылулықты басқару — бұл жеке компонент туралы емес, аккумулятор қорапшасының ішінде материалдар мен стратегиялар бірігіп жұмыс істейтін жүйе туралы. Көбінесе жылулықты басқару экожүйесі деп аталатын осы интеграцияланған тәсіл жылулық өткізгіштіктің қалыпты жағдайда аккумулятор ұяшықтарын салқындату қажеттілігін және жылулық изоляцияның жылулық бейімділік сияқты қалыпсыз жағдайда ұяшықтарды қорғау қажеттілігін тепе-теңдікке келтіреді. Ұяшық химиясынан бастап соңғы қорапшаға дейінгі әрбір элемент рөл атқарады.

Дизайн барлық жылу беру жолын ескеруі тиіс. Ыстық аккумулятор ядросының ортасынан TIM арқылы суыту пластинасына, содан кейін радиаторға тиімді түрде жылжуы тиіс. Бір уақытта жүйе авариялық жағдайда бір ұяшықтан екіншісіне жылудың бүйірлік бағытта таралуын болдырмауы тиіс. Бұл қажетті жерлерде жылу өткізгіштігі мен жылу оқшаулағыштықты қамтамасыз ететін күрделі жылулық архитектураны жасау үшін материалдарды ұқыпты таңдауды және орналастыруды талап етеді.

Қоршаудың өзінің құрылымдық дизайны негізгі маңызға ие, барлық жылулық компоненттер үшін негізгі нысанды қамтамасыз етеді және ылғалдылық пен жол тұзы сияқты сыртқы экологиялық қауіп-қатерлерден соңғы кедергі ретінде табылады. Мұндай дәлме-дәл инженерлік компоненттерді талап ететін автомобильдік жобалар үшін сенімді серіктестен тапсырыс бойынша алюминий профильдерін қарастырыңыз. Шаои Металл Технологиясы толық циклды бір шалқы сервис ұсынады , IATF 16949 сапасы сертификатталған қатаң жүйе шеңберінде басқарылатын, сіздің тексеру процесіңізді тездететін тез прототиптеуден бастап толық көлемді өндіріске дейін

Соңында, толық жүйе деңгейіндегі дизайн сондай-ақ газ шығару стратегияларын қамтиды. Егер элемент шынымен істен шығып, жылулық дәрежеге түссе, ол ыстық газдың үлкен мөлшерін бөліп шығарады. Бақыланатын желдеткіштер пакеттен газдарды бақылаумен шығуына мүмкіндік беріп, ыстық шашыратылған материалдан көршілес орналасқан элементтерді қорғай отырып, қауіпті қысымның жиналуын болдырмау үшін жобаланған. Суыту, изоляция, конструкциялық беріктік және газ шығарудың осы бірігуі шынымен мықты және қауіпсіз EV аккумуляторлық қорапшасын анықтайды.