چهار فناوری خنک کننده اصلی برای سیستم های مدیریت حرارتی باتری

در مقایسه با تراشه‌هایی که بیشترین گرما را در محصولات الکترونیکی تولید می‌کنند، جزء گرمایشی خودروهای الکتریکی باتری نیرو است. بنابراین، تحقیق بر روی فناوری مدیریت حرارتی برای باتری‌های قدرت یکی از حیاتی‌ترین پروژه‌ها برای تولیدکنندگان باتری و شرکت‌های خودروسازی است.

ابتدایی ترین روش فن آوری دفع گرما از طریق خنک کننده هوا است که می توان آن را به دو نوع خنک کننده فعال و خنک کننده غیرفعال تقسیم کرد. اتلاف گرمای فعال و غیرفعال از هوا برای انتقال گرما استفاده می کند. اتلاف گرمای غیرفعال نسبتاً ساده است و عمدتاً شامل ورودی‌های هوا، مسیرهای تهویه و خروجی‌های هوا است. هنگامی که وسیله نقلیه در حال حرکت است، گرما با تماس بین هوا و باتری منتقل می شود.
با این حال، بزرگترین اشکال اتلاف حرارت غیرفعال، راندمان اتلاف حرارت ناکافی آن است. هنگامی که قدرت ورودی/خروجی باتری افزایش می‌یابد، تولید گرما افزایش می‌یابد و تأثیر آن ناچیز است. به عنوان مثال، هنگام شارژ، چگونه وسیله نقلیه بدون رانندگی گرما را دفع می کند؟ بنابراین، اتلاف گرمای فعال جریان هوا را افزایش می‌دهد و با افزودن فن‌ها و سایر وسایل برای مکش هوا، اتلاف گرما را بهبود می‌بخشد.

فن‌آوری خنک‌کننده مایع اثر اتلاف گرما بهتری نسبت به هوا دارد، که گرما را با باتری نیرو از طریق لوله‌های خنک‌کننده توزیع شده در داخل یا روی سطح باتری مبادله می‌کند و در نتیجه اتلاف گرمای کارآمدتری را به همراه دارد. اتلاف گرمای خنک کننده مایع با قرار دادن لوله های خنک کننده یا صفحات خنک کننده (با مایع خنک کننده در داخل) مستقیماً در داخل باتری برق و سپس استفاده از اجزای مربوطه برای جریان یافتن مایع خنک کننده و از بین بردن گرمای داخلی باتری حاصل می شود. کلید اتلاف گرمای خنک‌کننده مایع نیز نقطه‌ای است که مستقیماً بر اثر اتلاف گرمای باتری قدرت تأثیر می‌گذارد که در طراحی، چیدمان و جهت جریان خط لوله خنک‌کننده قرار دارد. تنها با تشکیل یک مسیر معقول رفلاکس و دستیابی به اتلاف گرمای یکنواخت می توان اتلاف گرمای کلی باتری نیرو را در یک سطح دمایی یکنواخت حفظ کرد، بدون اینکه برخی دماها خیلی پایین و برخی دیگر خیلی زیاد باشند، که بر سلامت باتری تأثیر می گذارد.

در سال های اخیر، یک روش اتلاف حرارت غیرفعال در حال ظهور - فناوری اتلاف حرارت مواد تغییر فاز وجود داشته است. مواد تغییر فاز، مواد خنک‌کننده‌ای هستند که می‌توانند مقدار زیادی گرما را در طول تغییر فاز جذب یا آزاد کنند و می‌توانند دمایی ثابت برای کنترل دمای محیط حفظ کنند. رایج ترین ماده تغییر فاز در زندگی ما بدون شک آب است. هنگامی که دما به 0 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، آب از مایع به جامد تغییر می کند (انجماد و آزاد شدن گرما). وقتی دما بالاتر از 0 درجه سانتیگراد باشد، آب از جامد به مایع تبدیل می‌شود (جذب گرمای انحلال).

علاوه بر سه روش اتلاف حرارت فوق، یک فناوری خنک کننده فعال نیز وجود دارد - خنک کننده ترموالکتریک، یک فناوری تبدیل انرژی که از اثر پلتیر مواد نیمه هادی برای دستیابی به سرمایش یا گرمایش استفاده می کند. پس از اتصال به منبع تغذیه DC، گرما در یک انتهای دستگاه تبرید ترموالکتریک جذب می شود و در نتیجه دما کاهش می یابد، در حالی که دما در انتهای دیگر به طور همزمان افزایش می یابد. علاوه بر این، این پدیده کاملاً برگشت پذیر است، زیرا تغییر جهت جریان می تواند گرما را در جهت مخالف منتقل کند.

به عنوان کلاسیک ترین فناوری، فناوری خنک کننده هوا دیگر نمی تواند نیازهای خنک کننده باتری های برق را برآورده کند و با فناوری خنک کننده مایع جایگزین شده است. خنک کننده مایع به بالغ ترین و پرکاربردترین فناوری خنک کننده برای باتری های برق تبدیل شده است. با این حال، با افزایش گرمای باتری، قدرت باتری و سرعت شارژ، خنک کننده مایع به تدریج نمی تواند نیازهای اتلاف حرارت باتری را برآورده کند. بنابراین، فناوری اتلاف حرارت مواد تغییر فاز در حال ظهور و فناوری خنک‌کننده ترموالکتریک پتانسیل بالایی دارند، اما هر دو باید با فناوری‌های دیگر ترکیب شوند تا بهترین نتایج حاصل شود. در حال حاضر، هیچ فناوری اتلاف حرارت کاملاً با کیفیت بالا وجود ندارد و روند فناوری آینده، چندین فناوری اتلاف گرما را برای رفع نیازهای مختلف اتلاف حرارت ترکیب خواهد کرد.