In der Anfangsphase der Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie haben die Hersteller die Konstruktionsprinzipien von Kraftstofffahrzeugen für die Herstellung von Elektrofahrzeugen übernommen. In dieser Zeit erzeugten der Motor, die Batterie und die Ladesysteme nur wenig Wärme. Daher genügten passive Methoden wie Luftstrom und Kühlkörper für die Batteriekühlung. Diese passiven Kühlmethoden hatten jedoch erhebliche Einschränkungen. Die Luftstromkühlung beruht auf natürlicher Konvektion oder einfachen Lüftern, die nur eine begrenzte Wärmemenge abführen können. Kühlkörper verteilen die Wärme über eine große Fläche. Sie sind jedoch darauf angewiesen, dass die sie umgebende Luft die Wärme aufnimmt und abführt.
Die Technologie der Elektrofahrzeuge machte Fortschritte. Dies war dank leistungsfähigerer Motoren, Supercharging und Schnellladung möglich. Diese Fortschritte führten jedoch zu einer stärkeren Wärmebelastung der Batterien. Dieser Anstieg machte deutlich, dass die passiven Kühlmethoden unzureichend waren. Die Industrie brauchte eine effektivere Lösung, um die neuen Anforderungen an das Wärmemanagement zu erfüllen.
Motoren, Aufladung, Schnellladung und andere verwandte Technologien entwickeln sich rasch weiter. Sie bringen große Herausforderungen für das Wärmemanagement von Batterien. Passive Methoden wie die Luftkühlung können die neuen Anforderungen an die Wärmeableitung von Batterien nicht erfüllen. Dieser Bedarf führte zur Einführung der Flüssigkeitskühlung. Sie ist ein besserer Weg, um Wärme loszuwerden.
Die Flüssigkeitskühlung bietet mehrere Vorteile gegenüber passiven Kühlmethoden. Sie bietet eine bessere Wärmeableitung. Durch die Flüssigkeitskühlung werden gleichmäßige Temperaturen gewährleistet. Dieses System trägt dazu bei, die Leistung und Langlebigkeit des Akkus aufrechtzuerhalten, indem es die während des Betriebs und des Ladevorgangs entstehende Wärme effektiv verwaltet. Trumonytechs ist ein Spezialist für Wärmemanagement. Wir haben viel Erfahrung im Bereich Design und Herstellung. Wir bieten eine breite Palette von Produkten und Designs. Wir sind nicht nur für die Kühlung von Batterien zuständig. Wir sind auch für Energiespeicherung, hohen Wärmestrom und neue Flüssigkeitskühlungstechniken zuständig. Dieses Fachwissen stellt sicher, dass die thermischen Anforderungen moderner Elektrofahrzeuge gut erfüllt werden. Damit werden die Grenzen der früheren passiven Kühlung überwunden.
Inhaltsübersicht
Überblick über das Batterie-Flüssigkeitskühlsystem
Elektromotoren, Supercharging, Schnellladung und verwandte Technologien entwickeln sich rasant weiter. Dies stellt das Wärmemanagement von Batterien vor große Herausforderungen. Luftkühlung ist eine passive Methode. Sie kann den neuen Anforderungen an die Batteriekühlung nicht gerecht werden. Daher wird sie durch die Flüssigkeitskühlung, eine effektivere aktive Methode, ersetzt.
Die Flüssigkeitskühlung sorgt für eine bessere Wärmeableitung. Außerdem sorgt sie für eine gleichmäßige Temperatur durch ein Flüssigkeitskühlsystem. Dies gewährleistet die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterie. Zu den spezifischen technischen Vorteilen gehören eine hohe Kühleffizienz, eine gleichmäßige Temperaturverteilung, ein flexibles Design und eine geringe Geräuschentwicklung. Flüssigkeitsgekühlte Systeme sorgen für gleichmäßige Temperaturen im gesamten Batteriesatz. Sie vermeiden eine lokale Überhitzung. Dies verlängert die Lebensdauer der Batterie und stabilisiert die Leistung. Flüssigkeitskühlsysteme sind leiser als Lüfter in luftgekühlten Systemen. Sie tragen zum Komfort von Elektrofahrzeugen bei.
Flüssigkeitskühlsysteme haben sich in der Praxis als sehr nützlich erwiesen. Das Tesla Model S nutzt ein fortschrittliches Flüssigkeitskühlsystem, um die Wärme der Batterie zu kontrollieren. Im Flüssigkühlungszyklus kann das Model S die Batterietemperatur gut kontrollieren. Dies gilt sowohl für den Hochleistungsbetrieb als auch für das schnelle Aufladen. So bleibt das Fahrzeug sicher und leistungsfähig. So kann das Model S auch bei langen Fahrten mit hohen Geschwindigkeiten und unter extremen Wetterbedingungen eine gute Leistung erbringen. Als weltweit führender Batteriehersteller liefert NDT flüssigkeitsgekühlte Batteriepacks für mehrere EV-Marken. NDT nutzt die Flüssigkeitskühlung, um die Temperatur seiner Akkus niedrig zu halten. Dies funktioniert auch im Hochleistungs- und Schnelllademodus. Sie verbessert die Lebensdauer der Batterien und die Ladeeffizienz.
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Anwendung von Flüssigkeitskühlsystemen in der Industrie
Das System wird hauptsächlich in vier Bereichen eingesetzt: Leistungsbatterien, Energiespeicherung, hohe Wärmedichte und neue Flüssigkühlkomponenten.
Im Bereich der Elektrofahrzeuge ist die thermische Auslegung komplexer als bei Fahrzeugen mit Kraftstoffantrieb. Das liegt daran, dass Elektrofahrzeuge mehr Motoren, Batterien und Steuersysteme haben. Dadurch wird die Wärme der Leistungsbatterien zum Kernstück der thermischen Auslegung. Die thermische Leistung der Leistungsbatterie wirkt sich direkt auf die Effizienz und Leistung von Fahrzeugen mit neuer Energie aus. Die üblicherweise verwendeten Lithiumbatterien dienen als Stromquelle für das Fahrzeug und werden in Reihe und parallel geschaltet, um einen Batteriemodul. Lithiumbatterien sind sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen während ihrer elektrochemischen Reaktion. Sie müssen normalerweise zwischen 15℃ und 35℃ gehalten werden. Eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur beeinträchtigt ihre Sicherheit und Leistung.
Die Flüssigkeitskühlung hat einzigartige Vorteile. Sie erfüllt die Temperaturanforderungen der Leistungsbatterie. Sie verfügt über zwei Kreisläufe für Kühlung und Heizung. Flüssigkeitskühlsysteme haben eine größere Wärmekapazität als Luftkühlung. Außerdem haben sie einen geringen Strömungswiderstand und eine hohe Wärmeübertragungseffizienz. Die Energiedichte nimmt zu. Das Laden und Entladen wird immer schneller. Daher ist die Flüssigkeitskühlung für die meisten Hersteller von Fahrzeugen mit neuer Energie die erste Wahl.
Im Bereich der Energiespeicherung, Flüssigkühlsysteme sind ebenso wichtig. Große Energiespeichersysteme müssen oft große Wärmemengen bewältigen, insbesondere bei hoher Leistungsabgabe und bei Lade-/Entladezyklen. Flüssigkeitskühlsysteme können die Temperatur der Batterie gut kontrollieren. Sie verhindern eine Überhitzung und sorgen dafür, dass das System über einen langen Zeitraum hinweg stabil läuft. Außerdem verbessern sie die Lebensdauer und Sicherheit des Energiespeichersystems.
Anwendungen mit hoher Wärmestromdichte, wie Datenzentren und High-Performance-Computing, verzeichnen ein schnelles Wachstum bei der Verwendung von Flüssigkeitskühlung. Herkömmliche Luftkühlungsmethoden können den steigenden Wärmeabgabebedarf dieser Geräte nicht mehr erfüllen. Flüssigkeitsgekühlte Systeme können viel Wärme auf kleinem Raum abführen. Sie erreichen dies durch effiziente Wärmeübertragung und -ableitung. Dies verbessert die Effizienz und Zuverlässigkeit der Geräte erheblich.
Die neuen Komponenten übertragen die Wärme mit Hilfe von Flüssigkeitskühlung. Sie haben die Einsatzmöglichkeiten der Technologie erweitert. Diese Teile verwenden fortschrittliche Materialien und Designs, um den Wärmeaustausch zu verbessern. Sie können in vielen Branchen und Unternehmen eingesetzt werden. So beginnen beispielsweise auch Elektroflugzeuge und schnelle Elektromotorräder, die Flüssigkeitskühlung zu nutzen. Sie steigert ihre thermische Leistung.
Flüssigkeitsgekühlte Systeme bieten viele technische Vorteile. Sie andere Methoden der Wärmeableitung übertreffenwie die Luftkühlung. Erstens haben flüssigkeitsgekühlte Systeme eine bessere Wärmeübertragung. Sie können große Wärmemengen schnell abführen. Zweitens können flüssigkeitsgekühlte Systeme eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreichen, wodurch eine lokale Überhitzung vermieden und die Zuverlässigkeit des Systems insgesamt verbessert wird. Außerdem sind Flüssigkeitskühlsysteme flexibler. Sie können an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Im Gegensatz dazu schränken Lüfter und Luftwege die Kühlung von luftgekühlten Systemen ein.
Komponenten des Batterie-Flüssigkeitskühlsystems
Das Flüssigkeitskühlsystem der Batterie besteht aus den folgenden Komponenten:
Flüssigkeitskühlplatte: Die Flüssigkeitskühlplatte ist das Kernstück des Wärmemanagements. Sie besteht in der Regel aus Materialien mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Aluminium und Kupfer. Die wärmeableitenden Teile befinden sich auf der Oberfläche der Kühlplatte. Das Kühlmittel, das durch die inneren Kanäle der Platte fließt, absorbiert dort die Wärme. Diese Konstruktion maximiert die Wärmeübertragung. Es sorgt für gleichmäßige Temperaturen. Dies ist entscheidend für die Stabilität und Leistung der Batterie unter vielen Bedingungen.
Flüssigkühlungs-Kreislaufsystem: Dieses System umfasst Kühlkanäle und elektrische Pumpen. Es umfasst auch den Weg des Kühlmittels und andere zugehörige Teile. Die Kühlkanäle sind so konzipiert, dass sie Wärme effizient übertragen und ableiten. Die elektrischen Pumpen treiben das Kühlmittel an. Sie sorgen für eine kontinuierliche und effektive Wärmeabfuhr aus der Batterie.
Kühlflüssigkeit: Die Kühlflüssigkeit wird auch als Wärmeübertragungsflüssigkeit bezeichnet und dient dazu, die Wärme von den zu kühlenden Komponenten zu anderen Teilen des Systems zu leiten. Die besten Kühlflüssigkeiten haben eine hohe Wärmekapazität. Außerdem haben sie eine niedrige Viskosität und sind ungiftig, chemisch inert und elektrisch isolierend. Zu den gängigen Kühlflüssigkeiten gehören Wasser, Wasser-Glykol-Gemische, Mineralöl und fluorierte Flüssigkeiten. Jede Flüssigkeit eignet sich je nach ihren spezifischen Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen.
Kontrollsystem: Das Kontrollsystem besteht in der Regel aus Temperatursensoren, Steuereinheiten und Stellgliedern. Es überwacht und regelt die Batterietemperatur, um sicherzustellen, dass sie innerhalb eines sicheren Bereichs bleibt. Die Temperatursensoren liefern Echtzeitdaten, anhand derer das Steuergerät den Durchfluss und die Temperatur des Kühlmittels anpasst. Die Aktuatoren führen dann auf der Grundlage der Anweisungen des Steuergeräts die erforderlichen Vorgänge aus.
Kühlgebläse: Das Kühlgebläse hilft, die verbleibende Restwärme abzuführen, indem es sie an die Umgebung abgibt. Das Kühlmittel führt den größten Teil der Wärme ab. Der Lüfter sorgt jedoch bei Bedarf für zusätzliche Kühlung. Dies ist bei hoher Belastung oder unter extremen Bedingungen entscheidend. Er sorgt dafür, dass das System zuverlässig funktioniert.
Auswahl der Kühlflüssigkeit
Als Kühlmittel wird im Allgemeinen die Flüssigkeit bezeichnet, die ein für die Wärmeübertragung verwendetes System umgibt oder durchfließt. Das beste Kühlmittel hat eine hohe Wärmekapazität. Außerdem hat es eine niedrige Viskosität, ist kostengünstig, ungiftig, chemisch inert, nicht korrosiv und elektrisch isolierend. Nachstehend finden Sie einen Vergleich verschiedener Kühlmittel mit detaillierten Angaben zu ihren Eigenschaften und Anwendungsfällen.
| Kühlmittel Typ | Wärmeleitfähigkeit | Viskosität | Kosten | Toxizität | Isolierung | Wesentliche Merkmale |
| Wasser | Hoch | Niedrig | Sehr niedrig | Ungiftig | Nicht isolierend | Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität; nicht isolierend |
| Wasser/Glykol-Gemisch | Mäßig | Mäßig | Niedrig | Ungiftig | Nicht isolierend | Hoher Siedepunkt, Frostschutzeigenschaften; verbessert die Kühlmittelleistung |
| Mineralöl | Mäßig | Niedrig | Mäßig | Geringe Toxizität | Isolierung | Gute Wärmeleitfähigkeit, Schmierleistung, Stabilität; Verbrennungsgefahr |
| Fluorierte Flüssigkeiten | Mäßig | Niedrig | Hoch | Geringe Toxizität | Hoch isolierend | Geringe Toxizität, hohe elektrische Isolierung, ausgezeichnete thermische Stabilität und chemische Inertheit |
Wasser: Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Kapazität. Es wird häufig in Systemen verwendet, die keine direkte elektrische Isolierung benötigen. In HLK-Systemen und einigen Industriezweigen beispielsweise kühlt Wasser gut, wird aber normalerweise von elektrischen Teilen ferngehalten.
Wasser/Glykol-Gemisch: Dieses Kühlmittel wird häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt, auch in Elektrofahrzeugen. Die Mischung hat einen hohen Siedepunkt. Außerdem hat es Frostschutzeigenschaften. Dadurch ist es ideal für Orte mit extremen Temperaturen. Viele Hersteller von Elektrofahrzeugen verwenden zum Beispiel Wasser-Glykol-Gemische. Sie verwenden sie, um die Batterietemperaturen während des Schnellladevorgangs und bei Hochleistungsfahrten gut zu kontrollieren.
Mineralöl: Mineralöl ist für seine isolierenden Eigenschaften bekannt. Es wird häufig in elektrischen Transformatoren zur Kühlung und Isolierung verwendet. Es bietet eine gute Wärmeleitfähigkeit und Stabilität, obwohl es bei hohen Temperaturen ein Verbrennungsrisiko darstellt. In einigen Rechenzentren wird Mineralöl auch in Tauchkühlsystemen verwendet, um die von den Servern erzeugte Wärme zu bewältigen.
Fluorierte Flüssigkeiten: Sie wurden zunächst für die Reinigung von Leiterplatten verwendet. Aber sie haben sich in der High-End-Kühlung verbreitet. Das liegt daran, dass sie nicht sehr giftig sind und gut isolieren. Außerdem sind sie bei hohen Temperaturen sehr stabil. Sie werden heute häufig in großen Unterwasserkühlsystemen eingesetzt. Diese werden in Rechenzentren zur Serverkühlung eingesetzt. Sie bieten eine effiziente und sichere Möglichkeit, die Wärme zu verwalten.
Das Prinzip eines Flüssigkeitskühlsystems
Ein Flüssigkeitskühlsystem für Fahrzeuge mit neuer Energie hat ein Grundprinzip. Es soll dafür sorgen, dass alle Komponenten gut und zuverlässig funktionieren. Dies geschieht durch die Zirkulation von Kühlflüssigkeit, die die Wärme von den wärmeableitenden Komponenten aufnimmt. Das System hält die Komponenten im richtigen Temperaturbereich.
Das System besteht aus Teilen wie Expansionskesseln, Kondensatoren, Kühlgebläsen, Wasserpumpen, Drei-Wege-Magnetventilen und Batteriekühlrohren. Im Folgenden wird das Funktionsprinzip Schritt für Schritt erläutert:
Wärmeabsorption: Das Kühlmittel fließt durch die flüssigen Kühlplatten, die an den Batteriezellen angebracht sind. Im Betrieb erzeugt die Batterie Wärme. Die Kühlflüssigkeit nimmt diese Wärme von den Batteriezellen auf.
Wärmeübertragung: Die erwärmte Kühlflüssigkeit fließt dann in den Kondensator. Im Kondensator gibt das Kühlmittel die aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft ab, unterstützt von den Kühlgebläsen. Durch diesen Prozess wird das Kühlmittel abgekühlt.
Druckbeaufschlagung: Nachdem das Kühlmittel im Kondensator abgekühlt ist, gelangt es in die elektronische Wasserpumpe. Die Pumpe setzt die Kühlflüssigkeit unter Druck, damit sie effizient durch das System zirkuliert.
Wärmeaustausch: Das Kühlmittel wird unter Druck gesetzt. Es fließt durch die elektrischen Steuerungs- und Antriebssysteme. Es nimmt zusätzliche Wärme von diesen Teilen auf. Dadurch wird die Temperatur dieser Systeme im optimalen Bereich gehalten.
Temperaturregelung: Der Durchfluss der Kühlflüssigkeit wird durch ein Dreiwege-Magnetventil geregelt. Je nach Kühlungsbedarf leitet das Ventil die Kühlflüssigkeit zurück in den Akku oder in ein Zusatzkühlsystem.
Kühlmittelkreislauf: Das abgekühlte Kühlmittel wird dann wieder zu den flüssigen Kühlplatten zurückgeführt, um weitere Wärme aus den Batteriezellen zu absorbieren, und der Zyklus wiederholt sich.
Im Vergleich zu luftgekühlten Systemen sind die technischen Vorteile von flüssigkeitsgekühlten Systemen deutlicher. Die Flüssigkeitskühlung bietet eine höhere Kühleffizienz und einen besseren Temperaturausgleich. Dies ist auf die höhere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Kühlmittels im Vergleich zu Luft zurückzuführen. Außerdem können Flüssigkeitskühlsysteme mehr Wärme speichern, haben einen geringeren Strömungswiderstand und übertragen die Wärme besser. Die Energiedichte nimmt zu. Auch die Ladegeschwindigkeiten steigen. In diesem Zusammenhang wird die Flüssigkeitskühlung zur ersten Wahl für die Hersteller von Fahrzeugen mit neuen Energien.
Schlussfolgerung
Flüssigkeitskühlsysteme sind für das Wärmemanagement von Batterien von entscheidender Bedeutung, da sie durch effiziente Wärmeübertragung und gleichmäßige Temperaturverteilung die Stabilität und Leistung der Batterie unter verschiedenen Betriebsbedingungen gewährleisten. Im Vergleich zu herkömmlichen Luftkühlungsmethoden weisen Flüssigkeitskühlsysteme eine höhere Wärmeableitungseffizienz und einen geringeren Strömungswiderstand auf und sind die bevorzugte Wahl für Mainstream-Hersteller neuer Energiefahrzeuge wie Tesla, Ningde Times und General Motors. In Zukunft, wenn die Energiedichte der Batterien und die Lade-/Entladegeschwindigkeiten weiter zunehmen, wird die Flüssigkeitskühltechnologie ein noch größeres Potenzial für Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme und Anwendungen mit hoher Wärmestromdichte aufweisen. Wenn Sie mehr erfahren möchten oder einen Fachmann suchen Thermal-Management-Lösungkönnen Sie sich gerne an Kontaktieren Sie Trumonytechs und unser Expertenteam bietet Ihnen umfassende Unterstützung und Dienstleistungen.
FAQ
Ein Batterie-Flüssigkeitskühlsystem verwendet Kühlmittel, das zirkuliert. Es steuert die Temperatur der Batterie. Dies gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb.
Die Flüssigkeitskühlung bietet eine bessere Wärmeübertragung. Sie sorgt für gleichmäßige Temperaturen und verhindert Hotspots. Dies verbessert die Leistung.
Zu den wichtigsten Komponenten gehören Kühlplatten, Kühlmittel, ein Zirkulationssystem, ein Kontrollsystem und Kühlventilatoren. Sie alle arbeiten für ein effizientes Wärmemanagement zusammen.
Zu den gängigen Kühlmitteln gehören Wasser, Wasser-Glykol-Gemische, Mineralöl und fluorierte Flüssigkeiten. Jedes wird für bestimmte thermische und ökologische Anforderungen ausgewählt.
Es verbessert das Wärmemanagement. Diese verlängert die Batterielebensdauer und steigert die Leistung. Es ist ideal für Anwendungen mit hohem Stromverbrauch, wie z. B. schnelles Aufladen und intensives Fahren.
