การจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่ EV

รถยนต์พลังงานใหม่เป็นโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจากจีน มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยียานยนต์ทั้งหมดและเทคโนโลยีชิ้นส่วนของรถยนต์ไฟฟ้ายังมีการคิดค้นอย่างต่อเนื่อง และมีการแนะนำเทคโนโลยีและกระบวนการใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง ในด้านการกระจายความร้อน จุดสำคัญของการกระจายความร้อนของยานพาหนะไฟฟ้าอยู่ที่การกระจายความร้อนของชุดแบตเตอรี่และตัวควบคุม การออกแบบการระบายความร้อนของทั้งสองชิ้นนี้อย่างดียังเป็นการรับประกันที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่เสถียรของยานพาหนะไฟฟ้าอีกด้วย

การทำงานอย่างปลอดภัยของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมเป็นสำคัญ อุณหภูมิในการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคือ 0-50 องศา และอุณหภูมิในการทำงานที่เหมาะสมที่สุดคือ 20-40 องศา หากอุณหภูมิสูงกว่า 50 องศา ความร้อนที่สะสมของก้อนแบตเตอรี่จะส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ เมื่ออุณหภูมิแบตเตอรี่เกิน 80 องศา อาจทำให้แบตเตอรี่ระเบิดได้ ในปี 2566 ปริมาณการขายรถยนต์ไฟฟ้าในจีนสูงถึง 9.4 ล้านคัน ดังนั้น เพื่อลดการเกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยทางสังคม การออกแบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของยานพาหนะไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ประกอบด้วยโหมดแอคทีฟและพาสซีฟ และการจัดการความร้อนแบบแอคทีฟประกอบด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว และการทำความเย็นด้วยสารทำความเย็น การจัดการระบายความร้อนแบบพาสซีฟรวมถึงการทำความเย็นตามธรรมชาติ การระบายความร้อนด้วยท่อความร้อน และวัสดุเปลี่ยนเฟส เทคโนโลยีการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ประเภท: การระบายความร้อนด้วยอากาศ, การระบายความร้อนด้วยของเหลว, การระบายความร้อนด้วยท่อความร้อน และการระบายความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟส

การระบายความร้อนด้วยอากาศใช้อากาศเป็นตัวพาความร้อนในการควบคุมและกระจายอุณหภูมิภายในของระบบแบตเตอรี่พลังงาน ตามวิธีการกระจายความร้อนและการระบายอากาศ การระบายความร้อนด้วยอากาศสามารถแบ่งออกเป็นการระบายอากาศแบบอนุกรมและการระบายอากาศแบบขนาน เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศมีข้อเสีย เช่น การนำความร้อนต่ำ และผลการควบคุมที่ไม่ดีต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของแบตเตอรี่ เนื่องจากแนวโน้มการพัฒนาความหนาแน่นของพลังงานสูงในแบตเตอรี่ลิเธียมกำลัง การระบายความร้อนด้วยอากาศจึงค่อยๆ กลายเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการของเทคโนโลยีการจัดการความร้อน

การระบายความร้อนด้วยของเหลวใช้สารหล่อเย็นเป็นตัวพาความร้อนในการควบคุมและกระจายอุณหภูมิภายในของระบบแบตเตอรี่พลังงาน ระบบนี้มักจะใช้ปั๊มน้ำและท่อเพื่อจ่ายสารหล่อเย็นภายในระบบแบตเตอรี่ให้สมบูรณ์ การระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพการทำความเย็นสูง ค่าการนำความร้อนสูง และสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของก้อนแบตเตอรี่ได้ อย่างไรก็ตาม การรั่วไหลของของเหลวอาจทำให้เกิดการลัดวงจรของแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการปิดผนึกที่สูงสำหรับการระบายความร้อนด้วยของเหลว ซึ่งเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยในการระบายความร้อนด้วยของเหลว ในเวลาเดียวกัน การระบายความร้อนด้วยของเหลวจะเพิ่มน้ำหนักของระบบแบตเตอรี่ลิเธียมทั้งหมด ซึ่งไม่เอื้อต่อแนวโน้มน้ำหนักเบาของแบตเตอรี่ลิเธียมกำลัง

การระบายความร้อนด้วยท่อความร้อนเป็นระบบการจัดการระบายความร้อนที่ใช้การเปลี่ยนเฟสเพื่อให้เกิดการนำความร้อน ท่อความร้อนประกอบด้วยส่วนการระเหย ส่วนฉนวน และส่วนการควบแน่น ตัวกลางภายในท่ออากาศที่ปิดสนิทจะดูดซับความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ในระหว่างขั้นตอนการระเหย จากนั้นจึงถ่ายเทความร้อนไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกผ่านทางส่วนการควบแน่น ส่งผลให้ชุดแบตเตอรี่เย็นลงอย่างรวดเร็ว

วัสดุเปลี่ยนเฟสเป็นวัสดุที่สามารถเปลี่ยนสถานะทางกายภาพได้ภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด การระบายความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟสมีข้อดีคือการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิสูง และฉนวนอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีโดยการรวมวัสดุเปลี่ยนเฟสกับวัสดุอื่นตามประเภทของวัสดุเปลี่ยนเฟส การใช้วัสดุเปลี่ยนเฟสเพื่อทำความเย็นสามารถลดพื้นที่ที่ระบบแบตเตอรี่ครอบครองได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมจากแบตเตอรี่ แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน เช่น ค่าการนำความร้อนต่ำและการรั่วไหลได้ง่าย หากการทำความเย็นแบบเปลี่ยนเฟสถูกรวมเข้ากับวิธีการจัดการความร้อนอื่นๆ เพื่อกระจายความร้อนที่ถูกดูดซับโดยวัสดุเปลี่ยนเฟสออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอกได้ทันท่วงที ผลการทำความเย็นของวัสดุเปลี่ยนเฟสสามารถนำไปใช้ได้อย่างยั่งยืน

ในปัจจุบัน นวัตกรรมทางเทคโนโลยีในการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่มักถูกจัดให้อยู่ในตำแหน่งที่สำคัญมากในการทำซ้ำของยานพาหนะไฟฟ้า ในอนาคต ระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าจะได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในหลาย ๆ ด้าน รวมถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพ การลดต้นทุน และการเพิ่มความชาญฉลาด