Обзор технологии охлаждения аккумуляторной батареи нового энергетического автомобиля

В целях дальнейшего решения энергетического кризиса Китай энергично выступает за развитие новой энергетики, среди которой новые энергетические транспортные средства, приводимые в движение электричеством, являются ключевыми областями, в которых Китай может широкомасштабно внедрять новые энергетические приложения.Транспортные средства на новой энергии относятся к использованию неископаемой энергии (например, электричества, солнечной энергии и т. д.) в качестве источника энергии транспортных средств, который имеет преимущества низкоуглеродной защиты окружающей среды, высокой эффективности и энергосбережения и стал важное направление развития будущего автомобилестроения.Производительность аккумуляторной батареи, одного из основных компонентов транспортных средств на новой энергии, напрямую влияет на производительность и безопасность автомобиля.Однако, поскольку силовая батарея во время работы выделяет много тепла, проблема ее рассеивания тепла была одним из важных факторов, ограничивающих ее развитие.В этой статье рассматриваются пять текущих основных технологий рассеивания тепла - конвекционное рассеивание тепла, воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение тепловыми трубками и рассеивание тепла материалом с фазовым переходом, а также анализируются и сравниваются их принципы, преимущества и недостатки, а также области применения, обеспечивая определенные эталонное значение для разработки новой технологии отвода тепла от аккумуляторной батареи транспортного средства.

В качестве устройства накопления энергии литий-ионный аккумулятор содержит положительный электрод, отрицательный электрод, электролит, диафрагму и оболочку.Механизм производства тепла силовой батареи в основном включает в себя тепло химической реакции, тепло Джоуля, тепло поляризации, тепло побочной реакции и так далее.Тепло химической реакции — это химическая реакция внутри батареи, которая производит определенное количество тепла, что является основным источником тепла батареи.Когда аккумулятор заряжается, химическая реакция между положительным и отрицательным электродами выделяет много тепла химической реакции;Джоулево тепло – это тепло, выделяемое током, проходящим через батарею во время ее работы.Выделение этого тепла связано с рабочим состоянием батареи, например, когда нагрузка батареи большая, ток проходит через батарею в течение более длительного времени, и выделяемое джоулево тепло больше;Теплота поляризации — это поляризация химических веществ внутри батареи под действием электрического поля.Размер этого тепла зависит от рабочего напряжения, тока батареи и температуры рабочей среды.В дополнение к трем вышеуказанным методам производства тепла, во время использования батареи также могут возникать некоторые побочные реакции, которые также приводят к выделению тепла.В целом механизм производства тепла в силовых батареях сложен, и его необходимо рассматривать всесторонне в соответствии с конкретной средой и условиями использования.

1.1 Технология конвекционного отвода тепла

Силовая батарея технология конвекционного отвода тепла — это технология, которая использует естественную конвекцию воздуха для рассеивания тепла, образующегося внутри аккумулятора, через радиатор.Конвекционное тепло рассеивается за счет передачи тепла между аккумуляторным блоком и нижним термоматериалом, а боковая часть аккумуляторного блока рассеивается воздухом.Преимуществами технологии являются высокая эффективность теплопередачи и хорошая стабильность, что позволяет эффективно снизить рабочую температуру аккумулятора и увеличить срок службы и безопасность аккумулятора.Кроме того, технология конвекционного отвода тепла также обеспечивает эффект изоляции и амортизации, что позволяет избежать возникновения таких проблем, как короткое замыкание и износ между батареями.

При работе аккумулятора выделяется много тепла, и если это тепло не рассеивается вовремя, это отрицательно скажется на производительности и сроке службы аккумулятора.Поэтому это тепло необходимо рассеивать через радиатор.Принцип технологии конвективного отвода тепла заключается в повышении эффективности теплопередачи между аккумуляторным блоком и нижней частью аккумулятора.В то же время сторона аккумуляторной батареи пропускает поток воздуха для достижения эффекта рассеивания тепла.Выбор теплопроводящего силиконового листа также очень важен для эффекта конвекционного рассеивания тепла.В настоящее время широко используемыми теплопроводными силиконовыми листовыми материалами являются силиконовый каучук, полиуретановый эластомер и так далее.Теплопроводящие материалы обладают хорошей теплопроводностью и устойчивостью к высоким температурам.Кроме того, форму и размер теплопроводного силиконового листа также необходимо регулировать и оптимизировать в соответствии с реальной ситуацией.

Преимуществами технологии конвективного отвода тепла являются высокая эффективность теплопередачи и хорошая стабильность.В то же время он также имеет преимущество изоляции и амортизации.Однако недостатком этой технологии является необходимость увеличения некоторых аппаратных средств для достижения функции конвективного отвода тепла.Чтобы добиться лучшего эффекта охлаждения при фактическом использовании, часто необходимо увеличить количество специальных деталей, таких как ребра, для расширения площади контакта рассеивания тепла [3].В то же время также необходимо оптимизировать конструкцию и адаптировать план для различных моделей и потребностей среды использования.Технология конвекционного отвода тепла от аккумуляторной батареи в основном используется в некоторых электромобилях бюджетного класса, но с развитием технологий технология конвекционного отвода тепла также начала применяться в некоторых электромобилях среднего класса.

1.2 Технология отвода тепла с воздушным охлаждением

Отвод тепла с воздушным охлаждением — это способ усилить поток воздуха внутри аккумулятора под действием вентилятора и отвести тепло, рассеиваемое аккумулятором.Эта технология имеет преимущества простой конструкции и низкой стоимости и подходит для некоторых небольших аккумуляторных блоков или мобильных аккумуляторных блоков.Однако эффективность теплопередачи технологии отвода тепла с воздушным охлаждением низка, и на нее легко влияет внешняя среда, такая как температура, влажность и другие факторы, которые влияют на ее эффект рассеивания тепла.

Радиатор с воздушным охлаждением является основным компонентом технологии отвода тепла с воздушным охлаждением силовой батареи, которая в основном состоит из вентилятора, радиатора, теплового экрана и так далее.Роль вентилятора — нагнетать воздух в сторону радиатора, создавая воздушный поток, отводящий тепло.Радиатор является важной средой, передающей тепло воздуху, а его форма, размер и материал влияют на эффект рассеивания тепла.Радиатор используется для защиты аккумулятора и радиатора от внешней среды, такой как пыль, дождь и т. д.Принцип технологии отвода тепла с воздушным охлаждением заключается в увеличении потока воздуха, тем самым отводя тепло от силовой батареи.Выбор вентилятора также очень важен для эффекта рассеивания тепла при воздушном охлаждении.В настоящее время широко используются два типа вентиляторов: осевые вентиляторы и центробежные вентиляторы.Осевые вентиляторы подходят для работы на низкой скорости.Центробежные вентиляторы подходят для сценариев работы на высоких скоростях.Кроме того, при проектировании вентиляционного отверстия необходимо учитывать пространственное расположение и конструктивные характеристики аккумуляторной батареи.

Преимущество технологии отвода тепла с воздушным охлаждением заключается в том, что она обладает преимуществами простой конструкции и низкой стоимости, а также подходит для требований к отводу тепла некоторых небольших аккумуляторных блоков или мобильных аккумуляторных блоков.Однако эффективность теплопередачи технологии отвода тепла с воздушным охлаждением низка, и на нее легко влияет внешняя среда, такая как температура, влажность и другие факторы, которые влияют на ее эффект рассеивания тепла.Кроме того, из-за ограниченного пространства внутри аккумуляторного блока количество и размер вентиляционных отверстий также необходимо регулировать и оптимизировать в соответствии с реальной ситуацией.Технология отвода тепла с воздушным охлаждением также имеет некоторые недостатки, такие как сильный шум.Из-за наличия вентиляторов радиатор воздушного охлаждения во время работы будет издавать некоторый шум.Технология воздушного охлаждения силовых аккумуляторов в основном используется в некоторых недорогих электромобилях и небольших системах хранения энергии.В этих системах из-за ограничений по стоимости и пространству невозможно использовать другие методы отвода тепла, поэтому можно использовать только технологию отвода тепла с воздушным охлаждением.Однако с развитием технологий технология отвода тепла с воздушным охлаждением также начала применяться в некоторых электромобилях высокого класса.

1.3 Технология жидкостного охлаждения

Отвод тепла с жидкостным охлаждением это новый тип рассеивания тепла, принцип его работы заключается в воздействии жидкой среды посредством конвекционной теплопередачи для высвобождения тепла батареи и снижения температуры батареи.Технология имеет преимущества высокой эффективности теплопередачи и хорошего эффекта рассеивания тепла, что может эффективно снизить рабочую температуру батареи и увеличить срок службы и безопасность батареи.Кроме того, технология жидкостного охлаждения также обладает преимуществами высокой надежности и низких затрат на техническое обслуживание, поэтому она широко используется в области транспортных средств на новой энергии.

Принцип технологии жидкостного охлаждения заключается в впрыскивании охлаждающей жидкости в аккумуляторный блок, а затем в рассеивании тепла через охлаждающую алюминиевую трубку.Выбор охлаждающей жидкости очень важен для эффекта жидкостного охлаждения.В настоящее время обычно используемыми охлаждающими жидкостями являются минеральное масло, синтетическое масло и охлаждающие жидкости на водной основе.Среди них минеральное масло обладает характеристиками хорошей теплопроводности и высокой термостойкости, но оно оказывает определенное загрязнение окружающей среды;Синтетическое масло обладает лучшими характеристиками защиты окружающей среды и высокой температурной стабильностью;Охлаждающая жидкость на водной основе имеет такие преимущества, как нетоксичность и безвредность, хорошая защита окружающей среды и так далее.При выборе охлаждающей жидкости следует уделять всестороннее внимание в соответствии с конкретным сценарием применения.В настоящее время исследования технологии жидкостного охлаждения в основном сосредоточены на разработке конструкции охлаждающей пластины, а конструкция охлаждающей пластины сосредоточена на конструкции канала потока, часто путем изменения формы канала потока, количество проточных каналов для достижения влияния на рассеивание тепла от аккумуляторной батареи.Чем сложнее конструкция канала потока, тем лучше общий эффект рассеивания тепла, но обработка часто чрезвычайно сложна, стоимость выше, и даже некоторые каналы потока не могут быть завершены при фактической обработке и производстве, поэтому поток Канал предназначен для полного учета сложности производства, а затем комплексного эффекта рассеивания тепла для разработки программы.

Преимущества технологии жидкостного охлаждения очевидны.Прежде всего, это может эффективно снизить рабочую температуру аккумулятора, тем самым увеличивая срок службы и безопасность аккумулятора.Во-вторых, устройство жидкостного охлаждения имеет простую конструкцию, его легко обслуживать и заменять.Кроме того, технология жидкостного охлаждения также обладает высокой надежностью и стабильностью и может нормально работать в суровых условиях.Однако технология жидкостного охлаждения имеет и некоторые недостатки.Например, его стоимость высока, и необходимо вкладывать больше средств в обновление и обслуживание оборудования;В то же время требуют внимания и такие проблемы, как утечка жидкости.

1.4 Технология охлаждения с помощью тепловых трубок

Охлаждение тепловой трубкой это новый способ отвода тепла от силовой батареи, который имеет сильную теплопроводность и хорошие перспективы применения.Технология охлаждения с помощью тепловых трубок — это технология, использующая принцип тепловых трубок для рассеивания тепла, в основном используемая для охлаждения аккумуляторных систем.Тепловая трубка — это эффективный элемент теплопередачи, состоящий из тонкой трубки и двух металлических ребер, соединенных на концах.Когда тепло внутри батареи передается в тепловую трубку, жидкость внутри тепловой трубки поглощает тепло и испаряется, образуя большое количество пара, который течет по трубке и забирает тепло внутри батареи.В конце концов пар превращается в жидкость в радиаторе, выделяя скрытое тепло и, таким образом, рассеивая тепло.Радиатор с тепловой трубкой является одним из основных компонентов технологии охлаждения тепловой трубки силовой батареи, которая в основном состоит из тепловой трубки, ребра, вентилятора и так далее.Роль тепловой трубки заключается в передаче тепла внутри батареи к радиатору, а ребро является важным компонентом, используемым для увеличения площади рассеивания тепла и повышения эффективности рассеивания тепла.Вентилятор используется для ускорения потока воздуха, тем самым улучшая эффект рассеивания тепла радиатором.В некоторых высокопроизводительных аккумуляторных системах широко используется технология охлаждения с тепловыми трубками, например, в транспортных средствах на новых источниках энергии, дронах и других отраслях.Считается, что благодаря постоянному развитию технологий и снижению стоимости технология охлаждения с помощью тепловых трубок будет применяться во многих областях.

Технология охлаждения с тепловыми трубками обладает преимуществами высокой эффективности и энергосбережения, высокой надежности, широкого спектра применения и низких затрат на техническое обслуживание.Высокая эффективность и энергосбережение: технология охлаждения тепловых трубок позволяет быстро передавать тепло, вырабатываемое аккумулятором, избегая потерь энергии и повышая эффективность использования энергии;Высокая надежность: в технологии охлаждения тепловых трубок используется закрытая трубчатая конструкция, не подверженная влиянию внешней среды, обладающая высокой стабильностью и надежностью;Широкий спектр применения: технология охлаждения с помощью тепловых трубок подходит для различных типов аккумуляторных систем, включая литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи и т. д. Низкие затраты на техническое обслуживание: технология охлаждения с тепловыми трубками имеет простую структуру, низкие затраты на техническое обслуживание и долговечность. стабильная работа.

Недостатки технологии охлаждения с тепловыми трубками также весьма очевидны, в основном из-за большого объема, высокой стоимости, большого сопротивления жидкости и других неблагоприятных факторов.Большой объем: поскольку тепловая трубка должна занимать определенное пространство по сравнению с традиционным методом воздушного охлаждения, технология охлаждения тепловой трубки требует больше места для установки;Высокая стоимость. Стоимость производства технологии охлаждения с тепловыми трубками относительно высока, и для обеспечения ее производительности и срока службы требуются высококачественные материалы и процессы.Большое сопротивление жидкости: поток жидкости внутри тепловой трубки будет создавать определенное сопротивление, которое повлияет на эффективность теплопередачи тепловой трубки;Технология охлаждения с тепловыми трубками также имеет большую проблему с шумом, поскольку из-за наличия вентиляторов радиатор с тепловой трубкой будет издавать определенный шум во время работы;Контроль температуры в технологии охлаждения с тепловыми трубками затруднен, на ее эффект рассеивания тепла сильно влияют факторы окружающей среды, поэтому контроль температуры относительно сложен.

1.5 Технология охлаждения материала с фазовым переходом

Технология охлаждения материалов с фазовым переходом силовой батареи — это технология, в которой для рассеивания тепла используются материалы с фазовым переходом, которая в основном используется для охлаждения аккумуляторных систем.Основной принцип технологии рассеивания тепла из материала с фазовым переходом аккумуляторной батареи заключается в использовании материалов с фазовым переходом для рассеивания тепла.Материал с фазовым переходом — это тип материала, который может поглощать или выделять много тепла в определенном температурном диапазоне.Когда тепло внутри батареи передается материалу с фазовым переходом, жидкая часть материала с фазовым переходом поглощает тепло и расширяется, превращаясь в газ.Твердая часть, напротив, излучает тепло и сжимается.Таким образом, материал с фазовым переходом может быстро передавать тепло внутри батареи радиатору, тем самым обеспечивая охлаждение батареи.Радиатор из материала с фазовым переходом является одним из основных компонентов технологии рассеивания тепла из материала с фазовым переходом аккумуляторной батареи, которая в основном состоит из материала с фазовым переходом, ребра, вентилятора и так далее.

Технология охлаждения фотоматериалов имеет такие преимущества, как высокая эффективность и энергосбережение, высокая надежность, широкий диапазон применения и низкие затраты на техническое обслуживание.Высокая эффективность и энергосбережение: технология охлаждения материала с фазовым переходом может быстро передавать тепло, выделяемое аккумулятором, избегая потерь энергии и повышая эффективность использования энергии;Высокая надежность: технология охлаждения материала с фазовым переходом использует стабильные материалы с фазовым переходом, обладает высокой стабильностью и надежностью и может стабильно работать в течение длительного времени;Широкий спектр применения: технология охлаждения материала с фазовым переходом подходит для различных типов аккумуляторных систем, включая литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи и т. д. Низкие затраты на техническое обслуживание: технология охлаждения материала с фазовым переходом имеет простую структуру, низкие затраты на техническое обслуживание и длительная стабильная работа.

Недостатками технологии охлаждения фотоматериалов являются большой объем, высокая стоимость и ограниченный температурный диапазон.Большой объем: поскольку материал с фазовым переходом должен занимать определенное пространство, по сравнению с традиционным методом воздушного охлаждения, технология охлаждения материала с фазовым переходом требует большего места для установки;Высокая стоимость. Стоимость производства технологии охлаждения материалов с фазовым переходом относительно высока, и для обеспечения ее производительности и срока службы требуются высококачественные материалы и процессы.Ограниченный температурный диапазон: температурный диапазон материалов с фазовым переходом узок, может рассеиваться только в определенном диапазоне и не может адаптироваться к потребностям всех условий работы.

Таким образом, технология отвода тепла конвекцией, технология отвода тепла с воздушным охлаждением, технология отвода тепла с жидкостным охлаждением, технология отвода тепла при охлаждении тепловых трубок и технология отвода тепла при охлаждении материала с фазовым изменением являются пятью основными технологиями отвода тепла от аккумуляторной батареи транспортного средства с новой энергией.Технология жидкостного охлаждения имеет преимущества высокой эффективности теплопередачи и хорошего эффекта рассеивания тепла.Технология охлаждения с воздушным охлаждением имеет преимущества простой конструкции и низкой стоимости.Технология конвективного отвода тепла имеет преимущества высокой эффективности теплопередачи и хорошей стабильности.Технология охлаждения с тепловыми трубками имеет такие преимущества, как высокая эффективность и энергосбережение, высокая надежность, широкий диапазон применения и низкие затраты на техническое обслуживание.В дальнейшем развитии, соответствующая технология отвода тепла Схема должна выбираться в соответствии с потребностями различных моделей и использованием окружающей среды, а существующая технология отвода тепла должна постоянно оптимизироваться и совершенствоваться для повышения производительности и надежности аккумуляторной батареи нового энергетического транспортного средства.