Aktueller Stand der Wärmemanagementtechnologie für Batteriesysteme von Elektrofahrzeugen

Aktueller Stand der Wärmemanagementtechnologie für Batteriesysteme von Elektrofahrzeugen

Die Forschung zur Wärmeableitung von Leistungsbatterien kann in Luftwärmeableitung, Flüssigkeitskühlungswärmeableitung, feste Phasenwechselmaterial-Wärmeableitung und Wärmerohrwärmeableitung unterteilt werden. Die bestehenden Hauptwärmeableitungstechnologien sind hauptsächlich die ersten drei.

Luftkühlsystem

Das luftgekühlte Wärmeableitungssystem wird auch als luftgekühltes Wärmeableitungssystem bezeichnet. Die luftgekühlte Wärmeableitungsmethode ist die einfachste. Es muss lediglich die Luft durch die Oberfläche der Batterie strömen lassen, um die von der Leistungsbatterie erzeugte Wärme abzuführen und so den Zweck der Kühlung des Leistungsakkus zu erreichen. Je nach Belüftungsmaßnahme verfügt der luftgekühlte Typ über zwei Möglichkeiten der natürlichen Konvektionswärmeableitung und der erzwungenen Belüftungswärmeableitung.

Die Wärmeableitung durch natürliche Konvektion beruht nicht auf externen Zwangsbelüftungsmaßnahmen (z. B. Hinzufügen von Lüftern usw.), sondern nutzt nur den Luftstrom, der durch die Flüssigkeit im Inneren des Batteriepakets aufgrund von Temperaturänderungen erzeugt wird, um die Wärme zu kühlen und abzuleiten.

Das Kühlsystem mit erzwungener Konvektionskühlung ist ein Kühlsystem, das auf dem Kühlsystem mit natürlicher Konvektion und der entsprechenden Zwangsbelüftungstechnologie basiert.

Derzeit gibt es hauptsächlich zwei Arten luftgekühlter Wärmeableitungssysteme für Leistungsbatterien: Reihen- und Parallelsysteme. Allerdings ist die Wirkung dieser Methode gering und es ist schwierig, eine hohe Temperaturgleichmäßigkeit der Batterie zu erreichen.

Flüssigkeitskühlsystem

Das flüssigkeitsgekühlte Wärmeableitungssystem der Leistungsbatterie bezieht sich auf ein Wärmeableitungssystem, bei dem das Kältemittel direkt oder indirekt mit der Leistungsbatterie in Kontakt kommt und dann die im Batteriepaket erzeugte Wärme durch die Zirkulation flüssiger Flüssigkeit abführt, um eine Wärmeableitung zu erreichen . Das Kältemittel kann Wasser, eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol, Mineralöl, R134a usw. sein. Diese Kältemittel haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und können eine bessere Wärmeableitung erreichen.

Die aktuelle Flüssigkeitskühlungstechnologie von Leistungsbatterien verfügt ebenfalls über eine ziemlich ausgereifte Technologie und wird häufig im Wärmeableitungssystem von Elektrofahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise verwendet der Tesla-Akku eine Flüssigkeitskühlungsmethode aus einer Mischung aus Wasser und Ethylenglykol, um Wärme abzuleiten. Der BMW i3 nutzt R134a zur Wärmeableitung.

Flüssigkeitsgekühlte Systeme erfordern oft komplexere und strengere Konstruktionskonstruktionen, um das Austreten von flüssigem Kältemittel zu verhindern und die Gleichmäßigkeit der Batteriezellen im Batteriepaket sicherzustellen, und die komplexe Struktur des flüssigkeitsgekühlten Systems sorgt auch dafür, dass das gesamte Wärmeableitungssystem zu einem wird ist sehr sperrig, was nicht nur das Gewicht des gesamten Fahrzeugs erhöht, sondern auch die Belastung des gesamten Fahrzeugs erheblich erhöht und gleichzeitig aufgrund der Komplexität seines Aufbaus und der hohen Dichtungsleistung relativ schwierig zu warten ist und Wartung des Flüssigkeitskühlsystems, und die Wartungskosten erhöhen sich entsprechend.

Kühlsystem für Phasenwechselmaterial

Das Wärmeableitungssystem für Phasenwechselmaterialien verwendet das Phasenwechselmaterial als Wärmeübertragungsmedium und nutzt die Eigenschaften des Phasenwechselmaterials, um Energie zu speichern und freizugeben, wenn die Phasenänderung auftritt, um den Effekt der Erwärmung bei niedriger und hoher Temperatur zu erzielen Wärmeableitung für die Power-Batterie. Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien relativ gering. Um die inhärenten Materialfehler zu ändern, füllen Menschen einige Metallmaterialien in Phasenwechselmaterialien. Beispielsweise werden in einigen Studien sehr dünne Aluminiumplatten in Phasenwechselmaterialien eingefüllt, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. das Ziel von. Um die Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien zu verbessern, wurde auch vorgeschlagen, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren usw. in Phasenwechselmaterialien zu füllen.

Heatpipe-Kühlsystem

Als effizientes Wärmeleitungselement kann ein Wärmerohr Wärmeenergie schnell und effizient von einem Ort zum anderen übertragen, das heißt, es kann Wärme schnell und effektiv zwischen zwei Objekten übertragen.

Im Wärmemanagementsystem von Elektrofahrzeugen haben viele Wissenschaftler im In- und Ausland auch das Wärmerohr, ein Wärmeleitungselement, zur Wärmeableitung von Leistungsbatterien eingesetzt. Im Vergleich zum herkömmlichen Wärmeableitungssystem mit erzwungener Konvektion kann die Leistungsbatterie im Wärmeableitungssystem, das Wärmerohre einführt, nicht nur den Temperaturbereich des Normalbetriebs aufrechterhalten, sondern auch die Temperaturgleichmäßigkeit zwischen den Batteriezellen aufrechterhalten, was eine erzwungene Kühlung darstellt . Der Effekt, den das Kühlsystem nicht erreichen kann. Seine Masse und sein Volumen sind jedoch zu groß und es gibt eine Grenze für die Wärmeübertragung.

Batterieheizsystem für Elektrofahrzeuge

Oben werden die vier Methoden zur Wärmeableitung aus der Batterie vorgestellt. Anschließend wird die Heizmethode zur Anpassung der Batterie an die Umgebung mit niedrigen Temperaturen vorgestellt.

Das Heizsystem besteht hauptsächlich aus Heizelementen und -kreisen, wobei das Heizelement den wichtigsten Teil darstellt. Zu den üblichen Heizelementen gehören Heizelemente mit variablem Widerstand und Heizelemente mit konstantem Widerstand. Ersteres wird üblicherweise als PTC (positiver Temperaturkoeffizient) bezeichnet, und letzteres ist ein Heizfilm, der normalerweise aus Metallheizdrähten besteht, wie z. B. Silikonheizfilm, flexibler elektrischer Heizfilm usw.

PTC wird aufgrund seiner sicheren Verwendung, der hohen Wärmeumwandlungseffizienz, des schnellen Temperaturanstiegs, des Verzichts auf offene Flammen und der automatisch konstanten Temperatur häufig verwendet. Die geringen Kosten sind ein günstiger Faktor für die aktuell hochpreisige Power-Batterie. Isolierte flexible elektrische Heizfolien sind eine weitere Art von Heizgeräten, die entsprechend der beliebigen Form des Werkstücks gebogen werden können, wodurch ein enger Kontakt mit dem Werkstück und eine maximale Wärmeenergieübertragung gewährleistet werden. Silikon-Heizfolie ist ein dünnes Flächenheizelement mit Flexibilität, muss aber in vollem und engem Kontakt mit dem erhitzten Objekt sein und ist schlechter sicher als PTC.