Quản lý nhiệt pin
Tại sao tấm lạnh lỏng lại cần thiết để làm mát pin EV
Pin lithium{0}}ion đã thay đổi cách chúng ta lưu trữ và sử dụng năng lượng. Từ xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng đến thiết bị công nghiệp và ứng dụng-sạc nhanh, pin hiện được kỳ vọng sẽ cung cấp năng lượng cao hơn, thời gian hoạt động lâu hơn và tốc độ sạc nhanh hơn.
Tuy nhiên, mật độ năng lượng cao hơn mang đến một thách thức kỹ thuật đáng kể: nhiệt.
Mỗi bộ pin đều tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động. Sạc tạo ra nhiệt. Xả tạo ra nhiệt. Các ứng dụng-năng lượng cao, đặc biệt là sạc nhanh và xả dòng điện cao, có thể làm tăng khả năng sinh nhiệt hơn nữa.
Thử thách không chỉ đơn giản là loại bỏ nhiệt khỏi bộ pin. Thách thức thực sự là duy trì mọi tế bào pin trong phạm vi nhiệt độ ổn định đồng thời giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa các tế bào.
Đây là nơiquản lý nhiệt pintrở nên thiết yếu.
Hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả giúp cải thiện hiệu suất của pin, kéo dài tuổi thọ, duy trì hiệu quả sạc và giảm rủi ro về an toàn. Dành cho hiện đạiPin xe điệnvà hệ thống lưu trữ năng lượng,làm mát bằng chất lỏng với tấm lạnh chất lỏng bằng nhômđã trở thành một trong những giải pháp đáng tin cậy nhất.
Tại sao quản lý nhiệt pin lại quan trọng
Pin lithium{0}}ion rất nhạy cảm với nhiệt độ.
Hầu hết các tế bào ion lithium{0}}hoạt động hiệu quả nhất trong phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp, thường là khoảng 15 độ đến 35 độ . Khi nhiệt độ pin di chuyển ra ngoài phạm vi này, hiệu suất điện hóa bắt đầu giảm.
Hệ thống quản lý nhiệt pin (BTMS) được thiết kế để kiểm soát quá trình sinh nhiệt, loại bỏ nhiệt và phân bổ nhiệt độ trong toàn bộ pin.
Một-hệ thống quản lý nhiệt được thiết kế tốt cần đạt được ba mục tiêu chính:
***Duy trì tế bào trong phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu
*** Giảm chênh lệch nhiệt độ giữa các tế bào riêng lẻ
***Ngăn ngừa quá nhiệt khi vận hành-công suất cao
Điều này đặc biệt quan trọng khi hệ thống pin trở nên mạnh mẽ hơn.
Ví dụ, một bộ pin xe điện có thể chứa hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn tế bào riêng lẻ. Nếu một số ô hoạt động nóng hơn đáng kể so với các ô khác, toàn bộ bộ pin có thể bị lão hóa không đồng đều.
Các tế bào nóng nhất thường xác định giới hạn tổng thể của gói.
Nói cách khác, bộ pin chỉ mạnh bằng điểm nhiệt yếu nhất của nó.
Điều gì xảy ra khi pin quá nóng?
Nhiệt độ là một trong những yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của pin lithium{0}}ion.
Khi nhiệt độ pin tăng quá mức, một số vấn đề có thể xảy ra.
1. Pin xuống cấp nhanh hơn
Nhiệt độ cao đẩy nhanh các phản ứng hóa học không mong muốn bên trong tế bào ion lithium{0}}.
Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến:
>>>Giảm dung lượng pin
>>>Tăng sức đề kháng nội bộ
>>>Vòng đời ngắn hơn
>>>Hiệu suất sạc thấp hơn
Pin hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao có thể mất hiệu suất nhanh hơn nhiều so với pin được duy trì trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát.
2. Rủi ro an toàn gia tăng
Quá nhiệt quá mức có thể tạo ra tình trạng nguy hiểm bên trong tế bào ion lithium{0}}.
Khi nhiệt độ bên trong tăng vượt quá giới hạn an toàn, vật liệu pin có thể trở nên không ổn định. Trong những tình huống nghiêm trọng, điều này có thể gây ra hiện tượng thoát nhiệt, trong đó quá trình sinh nhiệt trở nên-tự duy trì và lan truyền từ tế bào này sang tế bào khác.
Đây là lý do tại sao việc ngăn chặn sự tích tụ nhiệt quá mức là yêu cầu cơ bản trong thiết kế pin lưu trữ năng lượng và xe điện.
3. Hiệu suất sạc giảm
Sạc nhanh gây áp lực nhiệt đáng kể lên pin.
Trong quá trình sạc-với dòng điện cao, các ion lithium di chuyển nhanh chóng giữa các điện cực. Nếu nhiệt không thể được loại bỏ một cách hiệu quả, có thể cần phải giảm tốc độ sạc để bảo vệ sức khỏe của pin.
Điều này tạo ra xung đột trực tiếp:
Khách hàng muốn sạc nhanh hơn.
Kỹ sư pin cần kiểm soát nhiệt tốt hơn.
Quản lý nhiệt hiệu quả giúp giải quyết thách thức này bằng cách loại bỏ nhiệt nhanh chóng trong khi vẫn duy trì nhiệt độ tế bào ổn định.
Tại sao tính đồng nhất về nhiệt độ lại quan trọng như vậy
Nhiều người cho rằng việc làm mát pin chỉ có tác dụng hạ nhiệt độ mà thôi.
Tuy nhiên, tính đồng nhất về nhiệt độ cũng quan trọng không kém.
Một bộ pin có thể chứa hàng trăm ô được kết nối với nhau. Nếu một khu vực của gói hoạt động nóng hơn khu vực khác, các tế bào đó sẽ già đi một cách khác nhau.
Ví dụ:
Các tế bào nóng hơn suy thoái nhanh hơn
Các tế bào làm mát duy trì hiệu suất tốt hơn
Hệ thống quản lý pin tổng thể phải hạn chế hoạt động dựa trên cell yếu nhất
Vì vậy, mục tiêu của việc quản lý nhiệt độ pin không chỉ đơn giản là:
"Làm cho pin mát hơn."
Mục tiêu thực sự là:
"Giữ cho mọi tế bào hoạt động ở nhiệt độ tương tự và tối ưu."
Đây là một lý do tại saohệ thống làm mát bằng chất lỏngđã trở nên ngày càng phổ biến trong các bộ pin hiện đại.
Làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng cho bộ pin
Các phương tiện chạy điện đời đầu và hệ thống pin năng lượng thấp-thường sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí vì nó đơn giản, nhẹ và không tốn kém.
Tuy nhiên, khi mật độ năng lượng của pin và tốc độ sạc tăng lên, hệ thống làm mát không khí truyền thống bắt đầu bộc lộ những hạn chế.
Hạn chế của việc làm mát bằng không khí
Không khí có độ dẫn nhiệt tương đối thấp so với chất làm mát bằng chất lỏng.
Ngay cả với quạt và kênh dẫn khí, việc loại bỏ lượng nhiệt lớn từ các mô-đun pin dày đặc cũng trở nên khó khăn.
Những thách thức chung bao gồm:
Làm mát không đồng đều giữa các tế bào
Khả năng làm mát hạn chế
Yêu cầu không gian lớn hơn
Tiếng ồn cao hơn từ quạt
Khó hỗ trợ sạc nhanh
Đối với các ứng dụng năng lượng thấp, khả năng làm mát bằng không khí vẫn có thể phù hợp.
Nếu không cópin EV hiệu suất caovà hệ thống lưu trữ năng lượng thì cần có khả năng làm mát mạnh hơn.
Tại sao tản nhiệt bằng chất lỏng lại trở thành giải pháp được ưa chuộng
Làm mát bằng chất lỏngsử dụng chất làm mát, thường là hỗn hợp nước{0}}glycol, để truyền nhiệt ra khỏi tế bào pin.
So với không khí, chất làm mát bằng chất lỏng có:
*** Công suất nhiệt cao hơn
*** Độ dẫn nhiệt tốt hơn
***Khả năng truyền nhiệt hiệu quả hơn
A tấm làm mát bằng chất lỏng cho bộ pinđược lắp đặt bên dưới hoặc bên cạnh các mô-đun pin cung cấp đường truyền nhiệt trực tiếp.
Tế bào pin
↓
Vật liệu giao diện nhiệt (TIM)
↓
↓
Kênh làm mát
↓
Hệ thống làm mát bên ngoài
Thiết kế này cho phép loại bỏ nhiệt hiệu quả hơn trong khi vẫn duy trì sự đồng đều nhiệt độ tốt hơn trên toàn bộ pin.
Đối với pin xe điện hiện đại, hệ thống lưu trữ năng lượng và các ứng dụng-năng lượng cao,làm mát bằng chất lỏngđã trở thành phương pháp quản lý nhiệt ưa thích.
