Обсуждение технологии терморегулирования новых аккумуляторных батарей транспортных средств
Аккумуляторные батареи являются основным источником энергии для новых энергетических транспортных средств. Аккумуляторные батареи генерируют много тепла во время работы транспортного средства, и со временем тепло накапливается в относительно небольшом пространстве. Из-за плотной укладки ячеек в аккумуляторной батарее также становится сложнее рассеивать тепло в средней области в определенной степени, что усугубляет несоответствие температур между ячейками. В результате эффективность зарядки и разрядки батареи будет снижена, что повлияет на мощность батареи. В тяжелых случаях это также приведет к тепловому разгону, что повлияет на безопасность и срок службы системы. Особенно с точки зрения управления температурой, тепловой разгон батареи может привести к возгоранию и ухудшению производительности. Поэтому исследования в области технологии теплового управления аккумуляторными батареями новых энергетических транспортных средств имеют большое значение для разработки новых энергетических транспортных средств.
1. Основные компоненты системы терморегулирования транспортного средства
Система терморегулирования новых энергетических транспортных средств состоит из четырех частей: аккумуляторной системы, системы двигателя, системы кондиционирования воздуха и других компонентов. По сравнению с терморегулированием традиционных топливных транспортных средств, система терморегулирования новых энергетических транспортных средств более сложная. Аккумуляторная система является жизненно важным компонентом новых энергетических транспортных средств. Инженерам необходимо начать с терморегулирования аккумуляторной системы, чтобы разработать хорошую систему терморегулирования для всего транспортного средства.
С момента появления новых энергетических транспортных средств эксперты и ученые в смежных отраслях провели множество исследований по рассеиванию тепла их аккумуляторов и достигли множества результатов. Основной метод охлаждения при управлении температурой аккумуляторов изменился с воздушного охлаждения на жидкостное охлаждение, охлаждение фазово-изменяющимися материалами и охлаждение тепловыми трубками. Ниже анализируются такие технологии охлаждения, как воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение фазово-изменяющимися материалами и охлаждение тепловыми трубками.
2.1 Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение — это метод рассеивания тепла, который использует воздух в качестве среды и использует тепловую конвекцию в воздухе, чтобы позволить аккумулятору напрямую обмениваться теплом с воздухом, тем самым снижая температуру аккумулятора. Воздушное охлаждение можно разделить на естественное охлаждение и принудительное охлаждение в зависимости от того, используется ли вентилятор. Естественное воздушное охлаждение используется без вентилятора; принудительное воздушное охлаждение используется с вентилятором. Большое количество исследований показало, что эффект рассеивания тепла при принудительном воздушном охлаждении намного выше, чем при естественном воздушном охлаждении.
Воздушное охлаждение также можно разделить на последовательное охлаждение и параллельное охлаждение в соответствии с различными структурами рассеивания тепла. При последовательном методе охлаждения поток воздуха поступает с одной стороны и вытекает с другой стороны. Этот метод приведет к плохому охлаждению батарей, находящихся далеко от канала впуска воздуха, неравномерному рассеиванию тепла батарей и большим перепадам температур в батареях; при параллельном методе охлаждения поток воздуха обычно поступает снизу и вытекает сверху. Как видно из рисунка, поток охлаждающего воздуха может в основном проходить через поверхность каждой батареи, поэтому разница температур между каждой батареей будет меньше, чем при последовательном охлаждении, но это также приводит к проблеме неравномерного распределения тепла.
2.2 Жидкостное охлаждение
Технология жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи является одной из технологий терморегулирования. Эта технология обычно использует охлаждающую жидкость с высоким коэффициентом теплопередачи, чтобы позволить аккумулятору обмениваться теплом с охлаждающей жидкостью, тем самым снижая температуру аккумулятора.
Были сравнены и проанализированы характеристики рассеивания тепла аккумуляторных батарей с воздушным и жидкостным охлаждением. Результаты показывают, что максимальная температура аккумуляторной батареи ниже, а постоянство температуры лучше в системе жидкостного охлаждения. Жидкостное охлаждение является чрезвычайно эффективным методом рассеивания тепла, и его коэффициент теплопередачи выше, чем у воздушного охлаждения. Систему жидкостного охлаждения электромобилей можно разделить на прямой контакт и косвенный контакт в соответствии с формой контакта между изолирующей жидкостью и батареей. Форма погружения элемента или модуля батареи в жидкость для теплообмена является формой прямого контакта; кроме того, между модулями батареи может быть установлен охлаждающий канал или может использоваться охлаждающая пластина в нижней части батареи. Тепло силовой батареи передается охлаждающей жидкости через охлаждающую пластину. Эта форма жидкостного охлаждения является косвенным контактом. Эти две формы предъявляют высокие требования к герметичности системы жидкостного охлаждения. Кроме того, требования к механической прочности высоки, а также необходимо гарантировать вибростойкость и требования к сроку службы системы охлаждения.
Система жидкостного охлаждения электромобиля в основном состоит из охлаждающей жидкости, охлаждающей пластины, электронного водяного насоса, датчика температуры, радиатора и т. д. Компрессор, как источник энергии охлаждения, определяет теплообменную способность всей системы. Чиллер (охлаждающее устройство) играет роль обмена хладагента и охлаждающей жидкости, а количество теплообмена напрямую определяет температуру охлаждающей жидкости. Водяной насос определяет скорость потока охлаждающей жидкости в трубопроводе. Чем выше скорость потока, тем лучше производительность теплообмена, и наоборот.
2.3 Охлаждение материала с фазовым переходом
Технология рассеивания тепла с помощью материала с фазовым переходом (PCM) использует принцип, согласно которому материалы с фазовым переходом поглощают тепло, когда они подвергаются фазовому переходу. Материал с фазовым переходом размещается вокруг аккумуляторной батареи и достигает температуры фазового перехода при определенных условиях. Материал с фазовым переходом подвергается фазовому переходу и поглощает тепло, выделяемое при работе батареи, тем самым эффективно избегая процесса перегрева модуля батареи. Поскольку процесс фазового перехода является процессом постоянной температуры, температура батареи может хорошо поддерживаться вблизи температуры фазового перехода материала с фазовым переходом, тем самым подавляя дальнейший рост температуры батареи. Однако использование охлаждения с помощью материала с фазовым переходом требует внимания к проблемам герметизации и увеличит объем аккумуляторной батареи и снизит плотность энергии. Кроме того, функция сохранения тепла может поддерживаться только в течение ограниченного времени парковки. Долгосрочный предварительный нагрев батареи по-прежнему зависит от встроенного источника тепла, а сохранение тепла обычно требует более низкой теплопроводности, что может вызвать проблемы с неравномерным распределением температуры.
2.4 Охлаждение тепловой трубкой
Охлаждение тепловой трубки заключается в разделении тепловой трубки на испарительную секцию, секцию теплопередачи и секцию конденсации. Основной принцип рассеивания тепла заключается в отводе тепла в аккумуляторной батарее через испарительную секцию тепловой трубки, поглощающую тепло. Тепло в испарительной секции передается в конденсационную секцию через среднюю секцию тепловой трубки за счет образовавшейся разницы давления, тем самым достигая эффективного терморегулирования аккумуляторной батареи. Что касается исследования охлаждения тепловой трубки, сравнивались охлаждающие эффекты трех методов охлаждения аккумуляторных батарей, а именно воздушного, жидкостного и охлаждения тепловой трубкой. Результаты показывают, что охлаждение тепловой трубкой оказывает наилучшее охлаждающее действие на аккумуляторные батареи.
