Vượt qua những thách thức về quản lý nhiệt trong ngành công nghiệp xe điện: Hướng dẫn toàn diện

Trang Chủ » Vượt qua những thách thức về quản lý nhiệt trong ngành công nghiệp xe điện: Hướng dẫn toàn diện

Hiểu những thách thức quản lý nhiệt của quản lý nhiệt ô tô

1-Tầm quan trọng của quản lý nhiệt

Xe năng lượng mới là sản phẩm công nghiệp phức tạp với số lượng lớn các linh kiện và cụm lắp ráp, trong đó ắc quy điện là cốt lõi của xe năng lượng mới, do đó, việc quản lý nhiệt của ắc quy điện là điều kiện tiên quyết để đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả và ổn định của xe năng lượng mới. chiếc xe.

Nhiệt độ làm việc tối ưu cho pin nguồn là 20°C-35°C. Nếu nhiệt độ quá thấp, khả năng sạc và xả của pin sẽ giảm mạnh, trong khi nếu nhiệt độ quá cao, tính nhất quán của các tế bào pin sẽ bị ảnh hưởng và thậm chí xảy ra hiện tượng thoát nhiệt.

Quản lý nhiệt của pin có thể làm nóng pin khi ở nhiệt độ thấp và tản nhiệt khi nhiệt độ quá cao, để kiểm soát nhiệt độ của bộ pin trong phạm vi hợp lý và đảm bảo nhiệt độ của bộ pin ổn định, tạo ra nguồn điện pin ở trạng thái đáng tin cậy và hiệu quả.

2-Các yếu tố ảnh hưởng đến việc quản lý nhiệt trong ắc quy ô tô

Những khó khăn trong việc quản lý nhiệt của pin chủ yếu là ba vấn đề sau:

1. Kiểm soát nhiệt độ không đổi của pin: mật độ năng lượng của pin năng lượng của các phương tiện năng lượng mới ngày càng cao hơn cùng với sự phát triển của ngành, nhưng đồng thời, mật độ năng lượng cao của pin cũng sẽ tạo ra rất nhiều nhiệt trong quá trình sạc và xả, nhiệt độ cao sẽ có tác động tiêu cực đến hiệu suất của pin nguồn, làm thế nào để thực hiện tản nhiệt hiệu quả là một trong những vấn đề lớn

2. Phân bố nhiệt độ tế bào không đều: Do năng lực sản xuất, vật liệu tế bào và giới hạn không gian của bộ pin, sẽ có sự phân bố không đồng đều của các mô-đun bên trong bộ pin, dẫn đến một số mô-đun quá nóng.

3. Hạn chế tản nhiệt: Việc truyền nhiệt của mô-đun pin bị hạn chế bởi phương pháp tản nhiệt, thiết kế bao bì, vật liệu bao bì và cách bố trí tản nhiệt, khiến cho việc tản nhiệt trở nên khó khăn hơn.

Xác định các vấn đề quản lý nhiệt phổ biến

1-Nguy cơ của vấn đề quá nhiệt

Pin nguồn trong môi trường quá nóng có thể gây ra những tác động tiêu cực nghiêm trọng, với năm nguy cơ chính sau:

Suy giảm dung lượng pin: Trong môi trường hoạt động quá nóng, các phản ứng điện hóa của pin lithium-ion sẽ tăng cường nhanh chóng và tốc độ truyền điện tử bên trong pin nhanh hơn tốc độ khuếch tán của các ion lithium, dẫn đến ngày càng ít các ion lithium được chứa trong điện cực dương. do đó làm giảm dung lượng của pin.
Giảm hiệu suất pin: Nhiệt độ quá cao bên trong hộp có thể làm hỏng cấu trúc của tế bào, chẳng hạn như vật liệu điện cực và chất điện phân, đây là nguyên nhân gốc rễ làm giảm hiệu suất của pin và khả năng phát điện.
Giảm thời gian chu kỳ: Hoạt động sạc và xả trong môi trường nhiệt độ cao có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa của pin lithium, do đó làm giảm hiệu quả sử dụng của chúng.
Nguy cơ thoát nhiệt: Nhiệt độ quá cao có thể làm giảm độ an toàn của pin và tăng nguy cơ thoát nhiệt. Điều này có thể dẫn đến các tai nạn nghiêm trọng như pin bắt lửa hoặc phát nổ. Nhiệt độ cao làm tăng nguy cơ pin bị thoát nhiệt, điều này có thể dẫn đến các tai nạn nghiêm trọng như cháy bộ pin hoặc thậm chí là nổ.
Phân bố nhiệt độ không đều: Sự phân bố nhiệt độ không đồng đều bên trong gói có thể dẫn đến tốc độ phản ứng hóa học không đồng đều trong các tế bào, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của pin.

2-Vấn đề tản nhiệt hiệu quả

Trong tạp chí quản lý nhiệt của pin điện, tản nhiệt hiệu quả phải chịu nhiều ràng buộc và hạn chế khác nhau. Lấy ví dụ về cơ chế truyền nhiệt: dẫn truyền bằng cách truyền trực tiếp qua vật chất rắn, trong khi mô-đun tế bào của pin điện thường được ngăn cách bằng vật liệu cách điện, hạn chế dẫn nhiệt. Đối lưu là một cách truyền nhiệt thông qua chuyển động của chất lỏng tiếp nhận nó, trong trường hợp bộ nguồn, hạn chế về không gian và hình dạng bất thường phức tạp sẽ hạn chế dòng chảy, dẫn đến giảm hiệu suất nhiệt. Tản nhiệt bức xạ là một hình thức truyền nhiệt từ cơ thể sang các vật thể mát hơn ở thế giới bên ngoài bằng bức xạ và không phải là cơ chế truyền nhiệt chính trong các bộ nguồn, trong đó hiệu quả tản nhiệt bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt về nhiệt độ và đặc điểm bề mặt. Tối ưu hóa thiết kế hệ thống tản nhiệt và lựa chọn vật liệu phù hợp cho viên pin là giải pháp hữu hiệu cho những hạn chế này.

3-Giải pháp

hình dạng thiết kế hợp lý để đảm bảo tiếp xúc giữa tấm lạnh và các bộ phận tản nhiệt để giảm thiểu điện trở giao diện giữa tất cả các bề mặt tiếp xúc;
thực hiện thiết kế đường dẫn hợp lý để cải thiện hiệu quả truyền nhiệt, phân bổ nhiệt độ cân bằng của lõi và hiệu quả sử dụng không gian;
lựa chọn vật liệu giao diện dẫn nhiệt có đặc tính dẫn nhiệt và tản nhiệt cao để ứng dụng tại các mối nối tấm lạnh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung cấp giao diện nhiệt không có khe hở và nâng cao hiệu suất truyền nhiệt
việc lựa chọn chất làm mát thích hợp và xem xét động lực học chất lỏng và đặc tính truyền nhiệt để tối ưu hóa thiết kế và phân phối dòng chảy của hệ thống làm mát;
việc sử dụng hệ thống quản lý nhiệt thông minh và sự kết hợp của các cảm biến, thuật toán dữ liệu và phân tích để đạt được chiến lược quản lý nhiệt tối ưu.

Các khía cạnh an toàn của pin cũng nên được xem xét trong cách bố trí hệ thống. Cấu trúc của gói pin, lớp cách điện và vị trí của các bộ phận nhạy cảm với nhiệt đều phải được bố trí sao cho đảm bảo duy trì sự an toàn của pin trong khi tản nhiệt.

Giải pháp quản lý nhiệt hiệu quả

1-Tùy chọn công nghệ làm mát

Làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh: Công nghệ này sử dụng chất làm mát làm môi trường truyền nhiệt, chất làm mát này tiếp xúc với các bộ phận tản nhiệt thông qua tấm lạnh, tại đây chất làm mát sẽ chảy bên trong tấm làm mát dạng lỏng để tản nhiệt hiệu quả. Phương pháp này được đặc trưng bởi tính dẫn nhiệt cao, khả năng điều chỉnh và hiệu quả, nhưng nó phức tạp về thành phần, đòi hỏi hệ thống làm mát và có nguy cơ rò rỉ.

Tản nhiệt thay đổi pha: Đây là một công nghệ sử dụng những thay đổi trong trạng thái pha của một chất để tạo ra nhiệt ẩn. Loại tản nhiệt này có ưu điểm là mật độ lưu trữ nhiệt cao, độ bền và độ tin cậy cao, không cần năng lượng bên ngoài, nhưng khó kiểm soát và tản nhiệt chậm, không đáp ứng được nhu cầu tản nhiệt của pin nguồn.

Làm mát ống dẫn nhiệt: Làm mát ống dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ nguồn nhiệt sang bộ phận tản nhiệt bằng cách sử dụng nguyên lý tuần hoàn bên trong môi trường truyền nhiệt. Ưu điểm là tính linh hoạt và độ tin cậy cao và tiết kiệm không gian, nhưng nhược điểm là hiệu quả làm mát bị hạn chế.

Công nghệ nhiệt điện: Làm mát bằng nhiệt điện là phương pháp làm mát dựa trên hiệu ứng nhiệt điện, là công nghệ làm mát ra đời trên cơ sở hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng Palatinate và hiệu ứng Thomson. Độ ổn định và độ tin cậy của nó cao và kiểm soát nhiệt độ chính xác, nhưng tỷ lệ hiệu quả năng lượng tương đối thấp.

2-Tối ưu bố cục hệ thống

Việc bố trí hệ thống hợp lý đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý nhiệt của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, trong bốn lĩnh vực chính:

Tối ưu hóa đường tản nhiệt: Bố cục phải tối ưu hóa thiết kế của các đường chạy hoặc đường dẫn tản nhiệt để đảm bảo chất lỏng làm mát có thể dẫn nhiệt hiệu quả từ các bộ phận tản nhiệt đến tấm làm mát/bộ tản nhiệt, tối đa hóa hiệu quả tản nhiệt.

Sử dụng không gian của bộ pin: Bố cục hệ thống tốt sẽ tận dụng tối đa không gian có sẵn và giảm thiểu khoảng cách giữa các bề mặt tiếp xúc để quá trình truyền nhiệt không bị ảnh hưởng.

Vị trí và kích thước của tản nhiệt: nó nên được đặt xung quanh các bộ phận tản nhiệt và có đủ diện tích để hấp thụ nhiệt và giảm sự tích tụ nhiệt.

Hệ thống an toàn hệ thống: Các vật liệu được sử dụng để cách điện, cấu trúc của bộ pin và vị trí của các bộ phận điện tử nhạy cảm với nhiệt phải được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu suất an toàn của pin nguồn.

3- Mô phỏng và phân tích nhiệt

Mô phỏng và phân tích nhiệt có vai trò rất quan trọng trong các giải pháp quản lý nhiệt năng lượng mới. Hầu hết công việc thiết kế và kiểm tra quản lý nhiệt pin năng lượng đều có thể được thực hiện trên phần mềm, giúp giảm đáng kể công việc thiết kế, sản xuất, thử nghiệm và các công việc tẻ nhạt khác, giảm chi phí phát triển.

Trong quá trình thiết kế hệ thống, có thể thực hiện phân tích mô phỏng trường nhiệt của Gói, mô-đun hoặc pin để chọn phương pháp làm mát và sưởi ấm dựa trên dữ liệu; trong quá trình thiết kế hệ thống con làm mát, các kết luận của mô phỏng có thể được sử dụng để xác định thiết kế kênh làm mát, môi trường làm mát, làm mát Trong quá trình thiết kế hệ thống con làm mát, các thành phần và thông số quan trọng như thiết kế kênh làm mát, môi trường làm mát, đầu vào làm mát nhiệt độ và tốc độ dòng chảy có thể được xác định với sự trợ giúp của các kết quả mô phỏng.

Phần mềm mô phỏng phổ biến bao gồm STARCCM+, FLUENT, Flotherm, v.v.