EV Termal Yönetim Çözümü - Blog

EV Akü Paketlerinde Termal Yönetimin Önemi

Elektrikli araçların güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak aslında ısıyı yönetmekten geçiyor. Lityum-iyon piller seçicidir-20 ila 40 santigrat derece arasındaki şeyleri severler. Onları daha da kızdırırsanız sorun çıkarırsınız. Elektrolit parçalanmaya başlar, SEI katmanı kalınlaşır ve ne olduğunu anlamadan pilin kapasitesi düşer, verimliliği düşer ve en kötü durumda, eşyalar alev alır, hatta patlar.

Soğuk hava pek de nazik değil. Sıcaklık düştüğünde pil kimyası yavaşlar. İç direnç artıyor. Aniden ihtiyacınız olan gücü veya şarj hızını alamıyorsunuz. Küçük bir fark bile-hücreler arasındaki yalnızca beş{{5}derecelik bir salınım-düzensiz yaşlanmaya yol açar. Bazı hücreler zamanından önce yaşlanırken bazıları ise geride kalır.

Peki sonuç olarak? Her hücreyi yaklaşık aynı sıcaklıkta tutmak sadece işleri daha güvenli hale getirmez. Aracın en iyi performansı göstermesini sağlar ve akünün çok daha uzun süre dayanmasına yardımcı olur.

EV Akü Paketleri için Hava Soğutma

Hava soğutma, ısıyı uzaklaştırmak için havayı pil takımının üzerinden veya içinden geçirerek çalışır. Bazen sadece araba hareket ederken hareket eden havadır (bu pasiftir), bazen de fanlar veya üfleyiciler işi yapar (aktiftir). Kurulumun tamamı basittir-karmaşık tesisat gerektirmez, fazladan ağırlık yoktur ve ucuzdur. Bu yüzden bunu ilk elektrikli arabalarda veya daha küçük araçlarda görüyorsunuz. Yalnızca kanalları ve birkaç fanı kullanıyorlar-sıvıları veya ağır parçaları kirletmiyorlar.

Ama bir sorun var. Hava, ısıyı taşıma konusunda pek iyi değildir. Sıvıdan çok daha az yoğun olduğundan fazla enerji ememez. Özellikle hızlı şarj veya yoğun kullanım sırasında piller fazla çalışmaya başladığında hava soğutması geride kalıyor. Tüm hücreleri sabit bir sıcaklıkta tutamaz veya modern EV'lerin pompaladığı ısıyı karşılayamaz. Günümüzde hava soğutma yalnızca en basit akü kurulumlarında işe yarıyor. Daha zorlu olan her şeyin daha iyi bir şeye ihtiyacı vardır.

Avantajları:Basit bir kurulumdur-sadece birkaç parçadan oluşur, dolayısıyla hafif kalır ve fazla bakım gerektirmez. Soğutma sıvısı sızıntıları konusunda endişelenmenize gerek yok ve araç hareket halindeyken, etrafı soğutmaya yardımcı olmak için hızla geçen havayı kullanabilir.

Sınırlamalar:Soğutma gücü oldukça zayıf. Sıcak noktalar hızla ortaya çıkıyor, özellikle de arabayı sert bir şekilde itiyorsanız veya hızlı şarj ediyorsanız, çünkü hava ısıyı hareket ettirmede pek iyi değildir. Bu, bileşenlerin daha hızlı yıpranmasına ve hatta sistemin kapanmasına neden olabilir. Dürüst olmak gerekirse, bu yöntem yüksek-performansa veya yüksek-enerjiye sahip EV'lere ayak uyduramaz.

EV Akü Paketleri için Sıvı Soğutma

Sıvı soğutma, günümüzde çoğu orta- ve yüksek-performanslı elektrikli arabanın-ilk tercihidir. Şu şekilde çalışır: Bir pompa, soğutma sıvısını-genellikle bir su-glikol karışımını-batarya hücrelerinin tam karşısına oturan kanallar veya soğuk plakalar aracılığıyla iter. Soğutma sıvısı akülerden ısı aldığında ısı eşanjörüne doğru hareket eder ve ısı eşanjöründe bu ısıyı hava veya soğutucu akışkan kullanarak dışarı atar. Sıvılar ısıyı havadan çok daha iyi taşıdığı için bu sistemler pil sıcaklıklarını sabit ve eşit tutar. Aslında neredeyse tüm uzun menzilli elektrikli araçların-sıvı soğutmalı pil paketlerini-kullanmasının nedeni budur. Isıyı daha iyi uzaklaştıran bu paketler, daha yüksek güç çıkışını ve aşırı ısınmadan süper-hızlı şarjı destekleyebilir.

Avantajları:Sıvı soğutma, ısıyı hızlı bir şekilde dışarı çeker ve sıcaklıkları tüm hücrelerde eşit tutar. Bu, pillerin daha uzun süre dayanacağı ve daha hızlı şarj edebileceğiniz anlamına gelir. Soğutma sıvısı, hareketli ısıda havadan çok daha iyidir, bu nedenle bu paketler, terletmeden yüksek şarj hızlarının üstesinden gelebilir.

Dezavantajları:Daha karmaşık ve daha ağır bir sistemle karşı karşıya kalırsınız. Bunları kontrol etmek için pompalara, hortumlara, ısı eşanjörlerine ve tüm elektronik aksamlara ihtiyacınız var ve her şeyin sıkı bir şekilde kapatılması gerekiyor. Bakımı gereken daha çok şey var, ayrıca-pompalar veya valfler kırılabilir ve sızıntılar gerçek bir sorundur. Ayrıca, tüm bu ekstra parçalar yer kaplar ve ağırlık ekler; bu da genel verimliliğinizi bir miktar azaltır.

Aşama-Malzemeyi Değiştir (PCM) Soğutma

Faz-değişim malzemeleri veya PCM'ler, piller için termal şok emiciler gibi davranır. Bunları genellikle hücrelerin etrafına sıkışmış mumlar veya tuzlar olarak bulacaksınız. Pil belirli bir noktadan sonra ısındığında PCM erir ve katıdan sıvıya geçerken çok fazla enerji emer. Ortam tekrar soğuduğunda katılaşır ve depolanan ısıyı geri verir. Bu süreç, özellikle gaz pedalına sert bir şekilde bastığınızda veya hızlı şarj için fişe taktığınızda-hızlı patlamalar sırasında sıcaklık artışlarını kontrol altında tutmaya yardımcı olur.

Avantajları:Tamamen pasif olduğundan çalıştırmak için herhangi bir enerjiye ihtiyacınız yok. Fan yok, pompa yok-sadece sıcaklık artışlarını sessizce dengeleyen bir sistem. PCM'ler hücreleri kısa süreli ısı patlamalarından korumak için devreye girer ve ani bir yük oluştuğunda paketin güvenli bir sıcaklıkta tutulmasına yardımcı olur.

Sınırlamalar:Dezavantajı mı? PCM'ler ısıyı kendi başlarına çok iyi taşımazlar. Değişim aşamasını tamamladıktan sonra artık ısıyı ememezler. Devam eden yüksek sıcaklıklarla uğraşıyorsanız pasif soğutma yeterli değildir. Isıyı PCM'den gerçekten uzaklaştırmak için, işin tamamlanması için genellikle ekstra bileşenlere (grafit kanatçıklar veya ısı boruları gibi) ihtiyaç duyarsınız-.

Isı Borusu Soğutma (Termal İletim)

Isı boruları temelde içinde bir miktar sıvı bulunan, yalıtılmış metal borulardır. Sıvının sürekli buharlaşmasına ve yoğunlaşmasına izin vererek ısıyı hızlı bir şekilde hareket ettirirler, böylece yol boyunca neredeyse hiç sıcaklık kaybı yaşamazsınız. Pil paketlerinde ısı borularını termal "süper iletkenler" olarak düşünün. Isıyı sıcak noktalardan hızla uzaklaştırmak için bunları modüllerin içine yerleştirebilir veya doğrudan hücrelere takabilirsiniz. Bazen bir ısı borusu, ısıyı yalnızca daha soğuk bir alana veya doğrudan soğuk- plaka ağına aktarır. Uzunlukları boyunca ısıyı katı bakırdan binlerce kat daha iyi iletirler, bu da onları yerel sıcak noktaları yönetmek için mükemmel kılar. Sıcaklıkların tüm modüle yayılmasına yardımcı olmak için bunları sıklıkla soğuk plakalar gibi sıvı-soğutmalı sistemlere-yerleşik olarak-göreceksiniz.

Avantajları:Bunlar inanılmaz bir termal iletkenliğe sahiptir, bu nedenle ısıyı yanlara doğru çok iyi yayarlar. Birbirinden uzak-hücreleri bağladığınızda, sıcaklığın dengelenmesine yardımcı olurlar, bu da "en zayıf hücre" sorununun tamamını ortadan kaldırır. Ayrıca, kendi başlarına çalışırlar-güç gerektirmezler.

Sınırlamalar:Genellikle insanlar bunları ana soğutma sistemi olarak değil, yalnızca nokta soğutma için kullanırlar. Bunları doğru şekilde kapatmalı ve fitil yapısını nasıl kurduğunuza çok dikkat etmelisiniz. Ayrıca maliyeti artırıyor ve paket tasarımını daha karmaşık hale getiriyorlar. Ve sonuçta, ısıyı gerçekten paketten çıkarmak için hala soğuk bir tabak gibi başka bir şeye ihtiyacınız var.

Soğutma Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Özet olarak şu: her soğutma yönteminin kendine has güçlü yönleri ve sıkıntıları vardır.

Hava soğutma:Çok ucuz ve çok basit. Fazladan bir donanıma neredeyse hiç ihtiyacınız yok, ama dürüst olmak gerekirse, ciddi ısınma için yeterli değil. Sıcaklıklar atlıyor ve pili çok fazla zorlarsanız buna ayak uyduramıyor. Bu yalnızca gerçekten-eski tarz veya düşük-güçlü elektrikli araçlarda işe yarar.

Sıvı soğutma:Çoğu modern EV'nin indiği yer burasıdır. Hızlı şarj sırasında bile eşyaların eşit ve serin kalmasını sağlar. Elbette harika çalışıyor, ancak artık pompalar, borular ve contalarla-artı ekstra ağırlık ve maliyetle uğraşıyorsunuz. Yine de orta-aralık veya daha iyisi için standarttır.

PCM ara belleğe alma:Biraz akıllıca. Herhangi bir güç kullanmadan ani ısı artışlarını emer, ancak dolduğunda yardımcı olmayı bırakır. İnsanlar genellikle ekstra bir tampon sağlamak için bunu sıvı soğutmayla eşleştirir.

Isı boruları:Onlar lazer-odaklı problem çözücüler gibidirler. Isıyı sıcak noktalardan hızlı bir şekilde uzaklaştırırlar ve eşitlemeye yardımcı olurlar, ancak ısıyı gerçekten boşaltmak için yine de -soğutma emici gibi-başka bir şeye ihtiyacınız vardır. Tek başlarına değil, daha büyük bir sistemin parçası olarak parlıyorlar.

Gelişmiş Yöntemler (Gelişmekte Olan):Örneğin daldırmalı soğutma, pili kelimenin tam anlamıyla özel bir sıvıya batırır. Bu yöntem ısıyı inanılmaz hızlı bir şekilde uzaklaştırır-ultra-hızlı şarj istiyorsanız mükemmeldir. Ancak sıvıyı yönetmek zorlaşıyor. Bazı birinci sınıf EV'ler, aküyü doğrudan soğutmak için otomobilin klima soğutucusunu bile kullanıyor; bu, süper verimli ancak çıkarılması tam olarak kolay değil.

Güvenlik, Performans ve Pil Ömrü Üzerindeki Etkisi

Termal yönetim yalnızca teknik bir ayrıntı değildir-EV güvenliği ve performansı açısından da büyük önem taşır. Piller çok ısındığında yangın ve hatta patlama ihtimali çok artar. Aşırı ısınma, hücrelerin temelde bir zincirleme reaksiyon başlattığı ve kendilerini daha da fazla ısıttığı, termal kaçak olarak adlandırılan bir şeyi tetikleyebilir. Bu sadece arabanın içindeki insanlar için değil, ilk müdahale ekipleri için de herkes için tehlikelidir.

Ama mesele sadece soğukkanlı kalmak değil. Sistem ısıyı iyi yönetemezse piller daha hızlı eskir. Temel bir kural var: Sıcaklık, tatlı noktanın 10 derece üzerine her çıktığında pil ömrü yarı yarıya azalır. Onları yaklaşık 50 derecede sert bir şekilde ittiğinizde, sadece birkaç yüz döngüden sonra kapasitelerinin yaklaşık %60'ını kaybettiklerini göreceksiniz.

Soğuk da pek iyi değil. Düşük sıcaklıklarda iyonlar serbestçe hareket edemediğinden piller zorlanır. Bu, daha az güç, daha yavaş şarj ve genel olarak yavaş bir yanıt anlamına gelir. Ve insanların bazen unuttuğu bir şey var: tüm hücrelerdeki sıcaklığın eşit olması çok önemli. Bazı hücreler diğerlerinden daha sıcak veya daha soğuk çalışırsa, pil takımının tamamı en zayıf hücre seviyesinde performans göstermeye başlar. Bu kapasiteyi öldürür ve pilin ömrünü kısaltır.

Emniyet:Hücreleri serin tutmak onların aşırı ısınmasını ve alev almasını önler. İyi bir soğutmanın sadece hoş bir şey olması değil,-her aracın güvenlik planının temel bir parçası olması da önemlidir.

Performans:Piller en iyi 20 ila 40 santigrat derece arasında çalışır. Çok soğuk ve istediğiniz gücü sağlayamıyorlar. Çok sıcaksa daha fazla direnç elde edersiniz ve voltajı hızla kaybedersiniz.

Pil Ömrü: Sıcaklıkları sabit ve serin tuttuğunuzda hücreler daha uzun süre dayanır ve o kadar çabuk yıpranmaz. Tüm gruptaki sıcaklığın eşit olması, hiçbir hücrenin çok fazla zorlanmaması anlamına gelir. Dürüst olmak gerekirse, sağlam bir soğutma sistemi, bir pilin sürekli sıcak çalışan bir pilin iki katından daha uzun süre dayanmasını sağlayabilir.

Gelişen Teknolojiler ve Trendler

EV pilleri her zamankinden daha güçlü hale geliyor ve her zamankinden daha hızlı şarj oluyor, bu nedenle daha iyi soğutma teknolojisine yönelik gerçek bir baskı var. Daldırma soğutma şu sıralar oldukça fazla ilgi görüyor. Çok basit: Pil hücrelerini, elektriği iletmeyen ve ısının daha hızlı dışarı çıkmasını sağlayan özel bir sıvıya batırın. Bu tür bir kurulum,-çılgın-hızlı şarjın (örneğin 1000 kW'ın üzerinde) gerçekten işe yaramasını sağlayacak kadar ciddi ısıyı kaldırabilir.

Bazı kişiler aküleri soğutmak için arabanın kendi klima soğutucusunu kullanıyor ve bu özellikle dışarısı sıcakken işe yarıyor. Ayrıca, soğutma sıvısının ısıyı taşımak için kaynadığı iki-fazlı sistemler veya ısıyı daha da hızlı dışarı çıkaran mikrokanallar-süper küçük geçitler gibi fikirler etrafında da çok fazla söylenti var.

Üstelik araştırmacılar, termoelektrik modüller ve ısıyı yayan özel yüzeyler üzerinde, ya noktasal soğutma için ya da sadece pasif olarak ekstra ısıyı dağıtmak için üzerinde çalışıyorlar. Malzeme bilimi de oyunda. İnsanlar yüksek-iletkenlik malzemelerini faz-değişim malzemelerine karıştırıyor veya nano-yapılı grafitten köpükler yapıyor; bunların hepsi pillerin fazladan çaba harcamadan soğuk kalmasına yardımcı oluyor.

Bir de yazılım tarafı var. Pil yönetim sistemleri, soğutmayı gerçek zamanlı olarak tahmin etmek ve kontrol etmek için gelişmiş algoritmalar ve hatta yapay zeka kullanarak daha akıllı hale geliyor. Hepsi bir arada, pil termal yönetimi için oldukça heyecan verici bir dönem.

Tasarım Zorlukları ve OEM Hususları

Bir arabaya akü termal yönetim sistemi (TMS) oluşturmak kolay değildir. Üreticilerin, maliyeti, ağırlığı artırmadan veya değerli alanı tüketmeden sistemin iyi çalışmasını sağlamak için - çok fazla denge kurması gerekiyor. Örneğin sıvı soğutma ve büyük ısı eşanjörleri, zeminin veya kaputun altında yer kaplar ve daha fazla kilo alır, bu da her türlü verimlilik kazanımını ortadan kaldırabilir. Yüksek-voltaj kurulumları (400 - 800 volt arası düşünün) kendi baş ağrılarını da beraberinde getirir ve tüm soğutucu parçalar için birinci sınıf yalıtım ve güvenlik-gerektirir. Her devrenin ve konektörün sıkı kaçak ve açıklık işaretlerine ulaşması ve sert titreşimlere ve sıcaklıktaki şiddetli dalgalanmalara karşı dayanıklı olması gerekir.

Sonra düşünmeniz gereken hava var. Soğuk yerlerde, pillerin hızlı bir şekilde sıcaklığa ulaşması için ister PTC ister ısı pompası olsun - ısıtıcılara - ihtiyacı vardır. Bu sadece daha fazla karmaşıklığa yol açar. Bakım ve güvenilirliği de unutmayın. Pompalar, vanalar, sensörler - her biri arızalanabilecek başka bir şeyi daha ekliyor. Yani sonuçta mühendislerin doğru dengeyi bulması gerekiyor. Menzilden, maliyetten veya en önemlisi güvenlik ve pil ömründen ödün vermeden TMS'yi mümkün olduğunca basit hale getirmeleri gerekiyor. Bu, çözümüne pek çok şeyin bağlı olduğu zor bir bulmaca.

Araç Mimarisi ile Entegrasyon

Akünün termal sistemi, otomobilin HVAC ve güç aktarma organlarının hemen yanında çalışır. Pek çok elektrikli araçta, ortak soğutma döngülerinin (aynı ısı pompası veya AC kompresörü ve kondenserin hem kabini hem de aküyü yalnızca farklı modlarda çalıştırdığını) göreceksiniz. Diyelim ki yaz geldi: Klima, ortak bir buharlaştırıcı kullanarak aküyü soğutuyor. Dışarısı soğuk olduğunda, bataryanın yoğunlaştırıcısının verdiği ısı aslında kabinin ısınmasına yardımcı olabilir. Mühendisler genellikle ayrı soğutma sıvısı döngüleri kurarlar (biri akü için (soğuk plakalardan geçer), diğeri kabin veya motor için-ve daha sonra ısıyı dağıtmaları gerektiğinde bunları plakalı ısı eşanjörleriyle birbirine bağlarlar). Kontrol sistemleri perde arkasında ipleri elinde tutuyor: akü yönetim sistemi ve termal kontrolör, akü hücrelerinin ve arabanın geri kalanının ne yaptığına bağlı olarak pompaların ve fanların ne kadar hızlı çalışacağına ve valflerin nerede olması gerektiğine karar veriyor. Yeni yüksek-voltaj kurulumlarıyla termal ve elektrik tasarımı daha da karmaşık hale geliyor-bu kompakt 800 V sistemler, her termal parçanın dar alana ve yalıtım kurallarına uyması gerektiği anlamına geliyor. Sonuçta tüm termal yönetim sistemini tasarlamak büyük bir bilmeceye dönüşüyor ve her şeyi birlikte optimize etmeniz gerekiyor.

PowerWinxgelişmiş EV termal yönetim bileşenleri ve özel akü soğutma çözümleri sağlar. Isı eşanjörü ve soğutma sistemi tasarımındaki derin uzmanlığıyla PowerWinx, OEM'lerin hassas soğutma modüllerini akü paketlerine entegre etmelerine yardımcı olur. Özel çözümlerimiz, verimli ısı giderme ve eşit sıcaklık kontrolü sağlayarak modern elektrikli araçlarda akü güvenliğini, performansını ve ömrünü artırır.

China 1