电池热管理四大冷却技术比较

2024-01-08 10:48
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随着科技的发展的日新月异,锂离子电池电池在咱们日常生活当中应用越来越广泛,从手机到新能源电动车,他们已经渗透到我们自己的生活的点点滴滴。但正如我们享有电池带来的好处时,其内部的温度管理方法也是一个非常重要的话题。电池的温度不但影

电使用可能有用电量运用不均匀或不成熟的状况,因而常武器装备电池智能管理系统(BMS)来监测和提升电池的运行状态。但是随着技术的不断发展,电池的热管理系统(特别是温度操纵)慢慢获得重视。主要是因为,电池温度过高或过低都有可能导致电池功能失效,进而产生安全风险。

为了保证电池的最佳状态和安全,一个高效率的电池热管理系统(BTMS)是不可缺少的。它可以确保电池温度一直处于理想化范畴,并确保各电池间的温度差别最少。

值得关注的是,锂离子电池电池对温度特别敏感。比如,温度过低时,电池性能受到影响,特定类型的电池如磷酸铁锂电池电池,温度下其导电性能会大幅度下降。而高温下,电池很有可能会遭受电池热失控甚至引起发生爆炸等安全生产事故。

冷却技术在热管理系统中饰演了关键角色,它保证电池温度但是高,以保护电池并保证其安全运营。虽然我们已经有一些电池冷却计划方案,但仍需在排热、温度平衡和费用等层面进一步优化。

因此,大家对目前这几种流行电池热管理系统技术进行了分析,包含气体冷却、液态冷却、热电材料冷却和热电厂冷却技术,阐述了他们各自的优缺点,并预测了以后可能的发展方向。

锂离子电池电池热管理系统技术锂离子电池电池在全球范围内动力与交易电池市场里占据重要地位,所以其热管理系统技术一直受到业内的高度重视。这种技术从传统的气体当然冷却演进到复合型冷却,每一种技术都有它特性和挑战。下列为您详细介绍各种各样冷却技术。

2.1 气体冷却

空气冷却可分为主动式的天然冷却和主动型的强制性冷却。两种方式也是通过空气对流来带去电池的热量,以此来实现冷却。其优势在于结构紧凑、成本费用低、环保无污染。

当然冷却:这是一种处于被动冷却技术,仅需设计方案好散热风道就可以。比如,早期Nissan Leaf新能源电动车就采用了这类冷却方法。但这种方法无法满足驱动力电池的有效冷却要求,会严重影响电池的使用寿命。

强制性气体冷却:相对于当然冷却,这类技术通过提高风机等设施来加强空气对流,提升冷却实际效果。但这也就意味着噪声和能耗的提升。此外,通过调节气旋安全通道的形态,能够进一步提高冷却实际效果。

在电动式航行设备上,气体冷却技术以其轻巧、节能型等优点仍然是优选。比如,一些电动式无人飞机和电动飞行汽车都采用了当然气体冷却技术。尤其是对于重视重量电动式航行机器设备,适度定制的风管还能提高其散热性能。

总的来说,气体冷却技术以其简单、经济与绿色环保特性在一定运用中仍具有广泛的价值和使用价值。

2.2 液态冷却技术

液体冷却应用冷却液对电池进行热交换,能够高效、快速地排热。这类技术分成立即液冷和间接液冷。在立即液冷中,冷却液直接和电池触碰,比如沉浸式体验液冷。而间接性液冷也可通过特殊构件,如冷却板,来实现冷却实际效果。

2.2.1 冷却板液冷

和空气冷却对比,冷却板液冷技术更为高效,且冷却板多见铝或铝合金型材,成本相对较低。主要研究内容是提升冷却板结构和流体运动特性,以简单化生产流程并提升实际效果。

最近科学研究主要体现在冷却液安全通道设计和冷却料的流动方向。比如,有业内人士在环形过流道的前提下,设计了一种新式液冷板。这类重新设计在特定条件下能大大提高冷却高效率。也是有权威专家则制定了根据正方形电池的蜂窝结构冷却板,该设计通过提高冷却安全通道提升了散热性能。这些研究均强调,科学合理的冷却液通道设计和流动方向对温度均匀度十分关键。从整体上看,冷却板液冷技术已相当成熟,广泛用于多种多样电动式机器设备。

应用案例

冷却板液冷技术已普遍使用在储能电站和新能源电动车等行业。某公司的冷却板液冷产品和相关专利展示了其实际应用中效果。特斯拉汽车4680CTC电池包内部环形冷却板则采用了这类技术,以扩大接触面并提升冷却实际效果。

总体来说,冷却板液冷技术对于大部分应用领域都是非常有效的。其核心材料如铜和铝具有较好的导热特性,成本费适度,特别适合用以新能源电动车或其它冷却要求相对较高的机器设备。实际应用中,为保证高质量冷却实际效果,应该根据电池种类和构造设计制作适宜的冷却安全通道并选择合适的原材料。

2.2.2 浸没式液冷

浸没式液冷技术是把电池与其它发烫构件彻底渗入冷却溶液中。相较于传统的风冷式,这类技术减少了噪声和能源消耗,并且也能够更好地控制住了电池的温度。虽然此技术效果非凡,其核心缺点就是系统软件重量容积也较大,这使之在电动汽车中的运用受限制。但是对于固定储能电站而言,此技术非常理想。

浸没式液冷主要是用变压器油和氟化液做为冷却剂,虽然费用较高。但是,科学研究已证明,这类冷却技术能够确保电池平均温度不得超过5℃,与此同时各电池间的温度差也仅为2℃。这有利于提升储能电站的使用期可靠性和。

最新研究表明,浸没式液冷极大的提高了冷却高效率。比如,实验证明,提升浸入深层可以提高冷却实际效果,电池的最高级温度和温度差各自减少了32.4%和75.3%。除此之外,选择适合自己的冷却液流动性方法的速度和也是关键,明智的选择可以使电池的温度和温度差获得更好的操纵。

尽管浸没式液冷技术在储能电站里已经得到了广泛应用,但是其在电动汽车中的使用仍得到了成本与重量的限定。但是,对于有些豪华车型或者有独特冷却要求车型,此技术仍有可能被采用。

结果:浸没式液冷技术在电池冷却层面有非常大的发展潜力,尤其是对于储能电站这样的大型机器设备。但在电动汽车里的广泛运用还需处理一些问题,如成本费、体积和设计方案的考验。

2.3 热电材料冷却技术

根据热电材料(PCM)的电池热管理系统技术是一种创新思维方法,它通过运用PCM热贮存与释放出来特点才能维持电池在最好温度。此方法的优势有好几个:它不会需要额外的动能、并没有运动一部分、维护成本低,而且能够很好的保证电池温度匀称。

现阶段,热管理系统常用的PCM材料是:

有机高分子材料,如石腊、乙烷和有机物。

无机材料,如溶液、酸盐化合物和熔融盐。

碳化物原材料。

但PCM自身的导热系数并不是很高,因而往往要添加其它的材料如泡沫铜、膨胀石墨和纳米粒子,以提高热传导性。这也能解决PCM的某个物理现象,比如改变之后的流动性问题。

为了能更直观地了解这一点,我们可以参考近期的一些研究。比如,有业内人士创造了一种由月桂酸与石腊与膨胀石墨相结合的复合型热电材料,此原材料成功地将某电池的最高级温度降低到了42.39℃。还有其他的科学研究也证明,结合其他冷却方式,如气体冷却,能够进一步增强PCM的冷却实际效果。

这类技术不单单是试验室。实际上,一款电动飞机早已使用了PCM散热设计。虽然PCM具备轻便的优势,但是其相对较高的成本费阻碍了它广泛运用。

实际应用中,为了能提高水平,PCM常和别的冷却方式融合。比如,提升板翅式能提高散热效率,而某些板翅式构造可以用于支撑点,避免PCM流动性。自然,挑选PCM时还要考虑到外在因素,与其熔融温度、安全系数及其薄厚等。

总的来说,虽然PCM在电池热管理系统上显示出无限潜力,但仍需要进一步的研究和改进,以保证它实际应用中的有效与安全。

2.4 热电厂冷却技术

热电冷却是一种前沿的主动型冷却技术,关键根据珀尔帖(Peltier)效用。简单点来说,当电流通过特殊资料时,会在一侧吸收的热量并且在另一侧释放出来,以达到冷却实际效果。这类技术的重要优点包含:不用冷媒、节能型、运行快速、性能稳定、低噪声及其不用运动部件。但考验也非常明显,比如冷却效率低下,且生产制造大型机器设备的时候会碰到困难。

学者为了优化这类技术在电池热管理系统中的运用,进行了大量试验。比如,有业内人士设计了一种融合铜丝网双二氧化硅冷却板和风冷式的软件,发觉二氧化硅冷却板的厚度与电池的温度主要表现相关,明确1.5mm是最合适的薄厚。另一项研究融合了热电厂冷却与液体冷却,实验表明此结合方式可以有效提升冷却实际效果。

但是,虽然有这种积极主动的研究进展,热电厂冷却技术现阶段主要应用于中小型电子产品,由于其制冷效率比较有限,且大规模运用存有技术难点。

总的来说,热电厂冷却技术与其它冷却技术的融合则是商业化应用的关键所在。比如,融合液态冷却能够实现更快地致冷并提升温度均匀度。除此之外,为了省钱,TEC的加工工艺还需进一步研究和改进。

结果和未来展望锂离子电池电池热管理系统技术则在广泛运用中是至关重要的。将来,高效率、环境保护、而且经济发展高效率解决方案无疑是技术发展的趋势。依靠现阶段的模拟仿真软件,有了坚实基础来进一步完善这种技术。对于本文所探讨的各种各样冷却技术,大家得到以下结论和未来展望:

气体冷却:虽然气体冷却是一种传统技术,但其在大功率锂电池应用领域已碰到局限。预计在未来大型储能电站驱动力电池运用中,更有效的液冷技术将逐渐取代气体冷却。但是,对于小型电子产品和简单气动工具,气体冷却以其成本效率简捷性依然存在其应用前景。

液态冷却:液冷技术主要有两种方式,直接或间接。冷却板技术已相当成熟并广泛用于储能电站和新能源电动车。浸没式液冷则展示出更出色的冷却实际效果,但是其维护保养更加复杂。预估浸没式技术能被更多的用于大中型储能电站和高端电动汽车。

热电材料冷却(PCM):PCM具有优异的热消化吸收和储存水平,因其固有传热限定,一般需要加入高成本的增强纤维,这在一定程度上影响了其在各类电池应用中的普及化。

热电厂冷却:作为新兴技术,热电厂冷却在一些小型机器,如手机中,已经得到商业化应用。但是其冷却高效率较低,必须与其它技术配合使用。未来发展关键应该是提升冷却效率控制成本。

总的来说,目前还没有一种“一刀切”的冷却解决方法。看上去,将来的必然趋势是综合多种多样冷却技术,便于根据实际运用选择最合适的冷却方式,满足不同要求。

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