Akun lämmönhallinta
Miksi nestemäiset kylmälevyt ovat välttämättömiä sähköauton akun jäähdyttämisessä
Litium{0}}ioni-akut ovat muuttaneet tapaamme varastoida ja käyttää energiaa. Sähköajoneuvoista ja energian varastointijärjestelmistä teollisuuslaitteisiin ja{2}}pikalataussovelluksiin akkujen odotetaan nyt tuottavan enemmän tehoa, pidemmän käyttöajan ja nopeampia latausnopeuksia.
Suurempi energiatiheys tuo kuitenkin merkittävän teknisen haasteen: lämmön.
Jokainen akkuyksikkö tuottaa lämpöä käytön aikana. Lataus tuottaa lämpöä. Purkaminen tuottaa lämpöä. Tehokas-sovellukset, erityisesti nopea lataus ja suuri virtapurkaus, voivat lisätä lämmöntuotantoa entisestään.
Haasteena ei ole vain lämmön poistaminen akusta. Todellinen haaste on pitää jokainen akkukenno vakaalla lämpötila-alueella ja samalla minimoida kennojen väliset lämpötilaerot.
Tämä on paikkaakun lämmönhallintatulee välttämättömäksi.
Tehokas lämmönhallintajärjestelmä auttaa parantamaan akun suorituskykyä, pidentämään käyttöikää, ylläpitämään lataustehokkuutta ja vähentämään turvallisuusriskejä. ModernilleEV akutja energian varastointijärjestelmät,nestejäähdytys alumiinisilla nestekylmälevyilläon tullut yksi luotettavimmista ratkaisuista.
Miksi akun lämmönhallinta on tärkeää
Litium{0}}ioni-akut ovat erittäin herkkiä lämpötilalle.
Useimmat litium-ionikennot toimivat tehokkaimmin suhteellisen kapealla lämpötila-alueella, tyypillisesti noin 15-35 asteessa. Kun akun lämpötila siirtyy tämän alueen ulkopuolelle, sähkökemiallinen suorituskyky alkaa heikentyä.
Akun lämmönhallintajärjestelmä (BTMS) on suunniteltu ohjaamaan lämmöntuotantoa, lämmönpoistoa ja lämpötilan jakautumista koko akussa.
Hyvin{0}}suunnitellun lämmönhallintajärjestelmän on saavutettava kolme päätavoitetta:
***Pidä kennot optimaalisella käyttölämpötila-alueella
***Vähennä yksittäisten kennojen välisiä lämpötilaeroja
***Estä ylikuumeneminen suuren{0}}tehokäytön aikana
Tämä on erityisen tärkeää, kun akkujärjestelmät tehostuvat.
Esimerkiksi sähköajoneuvon akkupakkaus voi sisältää satoja tai jopa tuhansia yksittäisiä kennoja. Jos jotkut kennot toimivat huomattavasti kuumemmin kuin toiset, koko akku voi kärsiä epätasaisesta vanhenemisesta.
Kuumimmat solut määrittävät yleensä pakkauksen yleisen rajoituksen.
Toisin sanoen akkupaketti on vain niin vahva kuin sen heikoin lämpöpiste.
Mitä tapahtuu, kun paristot kuumenevat liikaa?
Lämpö on yksi suurimmista tekijöistä, jotka vaikuttavat litium{0}}ioniakun suorituskykyyn ja käyttöikään.
Kun akun lämpötila nousee liikaa, voi ilmetä useita ongelmia.
1. Nopeampi akun hajoaminen
Korkeat lämpötilat kiihdyttävät ei-toivottuja kemiallisia reaktioita litium-ionikennoissa.
Ajan myötä tämä voi johtaa:
>>>Alennettu akun kapasiteetti
>>>Lisääntynyt sisäinen vastus
>>>Lyhyempi syklin käyttöikä
>>>Pienempi latausteho
Jatkuvasti korkeissa lämpötiloissa toimiva akku voi menettää suorituskykynsä paljon nopeammin kuin akku, jota ylläpidetään kontrolloiduissa lämpöolosuhteissa.
2. Lisääntyneet turvallisuusriskit
Äärimmäinen ylikuumeneminen voi luoda vaarallisia olosuhteita litium-ionikennoissa.
Kun sisälämpötila nousee yli turvallisten rajojen, akun materiaalit voivat muuttua epävakaiksi. Vakavissa tilanteissa tämä voi laukaista lämmön karkaamisen, jossa lämmön muodostuminen muuttuu-itsepitäväksi ja leviää solusta toiseen.
Tästä syystä liiallisen lämmön kertymisen estäminen on perusvaatimus sähköajoneuvojen ja energiaa varastoivien akkujen suunnittelussa.
3. Pienempi latausteho
Nopea lataus rasittaa akkuja merkittävästi.
Korkean virran-latauksen aikana litiumionit liikkuvat nopeasti elektrodien välillä. Jos lämpöä ei voida poistaa tehokkaasti, latausnopeutta on ehkä vähennettävä akun terveyden suojelemiseksi.
Tämä luo suoran ristiriidan:
Asiakkaat haluavat nopeampaa latausta.
Akkuinsinöörit tarvitsevat parempaa lämmönhallintaa.
Tehokas lämmönhallinta auttaa ratkaisemaan tämän haasteen poistamalla lämmön nopeasti ja säilyttäen samalla vakaat kennon lämpötilat.
Miksi lämpötilan tasaisuus on yhtä tärkeää
Monet ihmiset ajattelevat, että akun jäähdyttäminen on vain lämpötilan alentamista.
Lämpötilan tasaisuus on kuitenkin yhtä tärkeää.
Akkupakkaus voi sisältää satoja toisiinsa yhdistettyjä kennoja. Jos yksi pakkauksen alue toimii kuumemmin kuin toinen alue, nämä solut vanhenevat eri tavalla.
Esimerkiksi:
Kuumemmat solut hajoavat nopeammin
Viileämmät kennot ylläpitävät paremman suorituskyvyn
Koko akunhallintajärjestelmän tulee rajoittaa toimintaa heikoimpien kennojen perusteella
Siksi akun lämmönhallinnan tavoite ei ole vain:
"Tee akku viileämmäksi."
Todellinen tavoite on:
"Pidä jokainen solu toimimassa samanlaisessa ja optimaalisessa lämpötilassa."
Tämä on yksi syynestejäähdytysjärjestelmätovat yleistyneet nykyaikaisissa akuissa.
Akkujen ilmajäähdytys vs. nestejäähdytys
Varhaisissa sähköajoneuvoissa ja vähätehoisissa{0}}akkujärjestelmissä käytettiin usein ilmajäähdytystä, koska se oli yksinkertainen, kevyt ja edullinen.
Kuitenkin, kun akun energiatiheys ja latausnopeus kasvoivat, perinteinen ilmajäähdytys alkoi näyttää rajoituksia.
Ilmajäähdytyksen rajoitukset
Ilmalla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus nestemäiseen jäähdytysnesteeseen verrattuna.
Jopa puhaltimien ja ilmavirtauskanavien kanssa suurien lämpömäärien poistaminen tiiviisti pakatuista akkumoduuleista tulee vaikeaksi.
Yleisiä haasteita ovat mm.
Epätasainen jäähdytys solujen välillä
Rajoitettu jäähdytysteho
Suuremmat tilantarve
Suurempi ääni faneista
Vaikeus tukea nopeaa latausta
Pienitehoisiin-sovelluksiin ilmajäähdytys saattaa silti olla sopiva.
Mutta vartentehokkaita{0}}sähköakkujaja energian varastointijärjestelmissä tarvitaan vahvempaa jäähdytyskykyä.
Miksi nestejäähdytyksestä on tullut ensisijainen ratkaisu
Nestejäähdytyskäyttää jäähdytysnestettä, tavallisesti vesi-glykoliseosta, siirtääkseen lämpöä pois akkukennoista.
Ilmaan verrattuna nestemäisellä jäähdytysnesteellä on:
***Suurimpi lämpökapasiteetti
***Parempi lämmönjohtavuus
***Tehokkaampi lämmönsiirtokyky
A nestejäähdytyslevy akkupakkauksilleasennettuna akkumoduulien alle tai viereen tarjoaa suoran lämmönsiirtotien.
Akkukenno
↓
Terminen rajapintamateriaali (TIM)
↓
↓
Jäähdytysnestekanava
↓
Ulkoinen jäähdytysjärjestelmä
Tämä muotoilu mahdollistaa lämmön poistamisen tehokkaammin ja säilyttää samalla paremman lämpötilan tasaisena koko akussa.
Nykyaikaisille sähköautojen akuille, energian varastointijärjestelmille ja suuritehoisille{0}}sovelluksillenestejäähdytyson tullut suosituin lämmönhallintatapa.
