เทคโนโลยีการระบายความร้อนหลักสี่ประการสำหรับระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่

เมื่อเทียบกับชิปที่สร้างความร้อนมากที่สุดในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนประกอบความร้อนของยานพาหนะไฟฟ้าคือแบตเตอรี่พลังงาน ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่กำลังจึงเป็นหนึ่งในโครงการที่สำคัญที่สุดสำหรับทั้งผู้ผลิตแบตเตอรี่และบริษัทยานยนต์

วิธีการกระจายความร้อนแบบดั้งเดิมที่สุดคือการระบายความร้อนด้วยอากาศ ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ การระบายความร้อนแบบแอคทีฟและการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ การกระจายความร้อนทั้งแบบแอคทีฟและพาสซีฟใช้อากาศเพื่อพาความร้อนออกไป การกระจายความร้อนแบบพาสซีฟค่อนข้างง่าย โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยช่องอากาศเข้า เส้นทางระบายอากาศ และช่องระบายอากาศ เมื่อรถเคลื่อนที่ ความร้อนจะถูกพาออกไปโดยการสัมผัสระหว่างอากาศกับแบตเตอรี่
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการกระจายความร้อนแบบพาสซีฟคือประสิทธิภาพการกระจายความร้อนไม่เพียงพอ เมื่อพลังงานอินพุต/เอาท์พุตของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น การสร้างความร้อนจะเพิ่มขึ้น และผลกระทบก็ไม่มีนัยสำคัญ เช่น เวลาชาร์จ รถยนต์จะกระจายความร้อนโดยไม่ต้องขับรถได้อย่างไร? ดังนั้นการกระจายความร้อนแบบแอคทีฟจึงช่วยเพิ่มการไหลเวียนของอากาศและปรับปรุงการกระจายความร้อนโดยการเพิ่มพัดลมและอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อดูดอากาศ

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวมีผลการกระจายความร้อนได้ดีกว่าอากาศ ซึ่งแลกเปลี่ยนความร้อนกับแบตเตอรี่พลังงานผ่านท่อน้ำหล่อเย็นที่กระจายอยู่ภายในหรือบนพื้นผิวของแบตเตอรี่ ส่งผลให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น การกระจายความร้อนในการทำความเย็นด้วยของเหลวทำได้โดยการวางท่อน้ำหล่อเย็นหรือแผ่นทำความเย็น (ที่มีสารหล่อเย็นอยู่ภายใน) ไว้ภายในแบตเตอรี่กำลังไฟโดยตรง จากนั้นใช้ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องเพื่อให้น้ำหล่อเย็นไหลและนำความร้อนภายในของแบตเตอรี่ออกไป กุญแจสำคัญในการกระจายความร้อนด้วยการทำความเย็นด้วยของเหลวยังเป็นจุดที่ส่งผลโดยตรงต่อผลการกระจายความร้อนของแบตเตอรี่พลังงาน ซึ่งอยู่ที่การออกแบบ การวาง และทิศทางการไหลของท่อน้ำหล่อเย็น มีเพียงการสร้างเส้นทางการไหลย้อนที่เหมาะสมและการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอเท่านั้นที่จะสามารถรักษาการกระจายความร้อนโดยรวมของแบตเตอรี่พลังงานให้อยู่ในระดับอุณหภูมิที่สม่ำเสมอได้ โดยที่อุณหภูมิบางส่วนไม่ต่ำเกินไปและอุณหภูมิอื่นๆ สูงเกินไป ซึ่งจะส่งผลต่อสุขภาพของแบตเตอรี่

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีวิธีการกระจายความร้อนแบบพาสซีฟที่เกิดขึ้นใหม่ - เทคโนโลยีการกระจายความร้อนของวัสดุแบบเปลี่ยนเฟส วัสดุเปลี่ยนเฟสเป็นวัสดุทำความเย็นที่สามารถดูดซับหรือปล่อยความร้อนจำนวนมากในระหว่างการเปลี่ยนเฟส และสามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่เพื่อควบคุมอุณหภูมิโดยรอบ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าวัสดุที่เปลี่ยนเฟสที่พบบ่อยที่สุดในชีวิตของเราคือน้ำ เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 0 องศา C น้ำจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง (กลายเป็นน้ำแข็งและปล่อยความร้อน) เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 0 องศา C น้ำจะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว (การดูดซึมความร้อนจากการละลาย)

นอกเหนือจากวิธีการกระจายความร้อนทั้ง 3 วิธีข้างต้นแล้ว ยังมีเทคโนโลยีการทำความเย็นแบบแอคทีฟอีกด้วย นั่นคือการระบายความร้อนแบบเทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการแปลงพลังงานที่ใช้เอฟเฟกต์ Peltier ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้เกิดการทำความเย็นหรือทำความร้อน หลังจากเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC แล้ว ความร้อนที่ปลายด้านหนึ่งของอุปกรณ์ทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกจะถูกดูดซับ ส่งผลให้อุณหภูมิลดลง ในขณะที่อุณหภูมิที่ปลายอีกด้านหนึ่งจะเพิ่มขึ้นพร้อมกัน นอกจากนี้ ปรากฏการณ์นี้สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากการเปลี่ยนทิศทางของกระแสสามารถถ่ายเทความร้อนไปในทิศทางตรงกันข้ามได้

เนื่องจากเทคโนโลยีคลาสสิกที่สุด เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการระบายความร้อนของแบตเตอรี่พลังงานได้อีกต่อไป และถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลว การระบายความร้อนด้วยของเหลวกลายเป็นเทคโนโลยีระบายความร้อนที่เติบโตเต็มที่และใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับแบตเตอรี่พลังงาน อย่างไรก็ตาม ด้วยความร้อนของแบตเตอรี่ พลังงานแบตเตอรี่ และความเร็วในการชาร์จที่เพิ่มขึ้น การระบายความร้อนด้วยของเหลวจะค่อยๆ ไม่สามารถตอบสนองความต้องการการกระจายความร้อนของแบตเตอรี่ได้ ดังนั้นเทคโนโลยีการกระจายความร้อนของวัสดุที่เปลี่ยนเฟสที่เกิดขึ้นใหม่และเทคโนโลยีระบายความร้อนแบบเทอร์โมอิเล็กทริกจึงมีศักยภาพที่ดี แต่ทั้งสองจำเป็นต้องรวมกับเทคโนโลยีอื่น ๆ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ปัจจุบันไม่มีเทคโนโลยีการกระจายความร้อนคุณภาพสูงอย่างแน่นอน และแนวโน้มเทคโนโลยีในอนาคตจะรวมเทคโนโลยีการกระจายความร้อนหลายอย่างเข้าด้วยกันเพื่อตอบสนองความต้องการการกระจายความร้อนที่แตกต่างกัน