In de huidige, zich snel ontwikkelende industrie voor elektrische voertuigen is thermisch beheer een sleutelfactor geworden die de prestaties en veiligheid van elektrische voertuigen beïnvloedt. Naarmate de technologie van nieuwe energievoertuigen zich blijft ontwikkelen, worden batterijsystemen complexer, waardoor thermisch beheer een uitdaging wordt. Als toonaangevende leverancier van oplossingen voor thermisch beheer zet Trumonytechs zich in om deze uitdagingen op te lossen en ervoor te zorgen dat het batterijsysteem van elektrische voertuigen efficiënt en effectief werkt binnen het optimale temperatuurbereik.
In de volgende sectie gaan we dieper in op het belang van thermisch beheer in de sector van elektrische voertuigen, de specifieke problemen waarmee deze sector wordt geconfronteerd en de effectieve oplossingen die u kunnen helpen de technische uitdagingen op dit gebied volledig te begrijpen en aan te pakken.
Inhoudsopgave
Het belang van thermisch beheer
Nieuwe energievoertuigen zijn complexe industriële producten. Ze bestaan uit vele onderdelen. De accu is hun kern. Het is dus van essentieel belang om de thermische uitdagingen in de industrie van elektrische voertuigen het hoofd te bieden. Ze zijn nodig om de veilige, efficiënte en stabiele werking van het voertuig te garanderen.
Vermogensbatterijen werken het best bij 20°C-35°C. Als het te koud is, zal de laad- en ontlaadcapaciteit van de batterij sterk afnemen. Als de temperatuur te hoog is, worden de batterijcellen aangetast. Dit kan leiden tot thermische runaway. Studies tonen aan dat het aanhouden van dit temperatuurbereik de levensduur en prestaties van de batterij aanzienlijk kan verbeteren, waardoor de kans op storingen afneemt.
Deze systemen zijn cruciaal. Ze verwarmen de accu als hij koud is en koelen hem als hij warm is. Dit regelt de temperatuur van de accu. Het houdt het binnen een goed bereik en zorgt voor consistentie. Dit maakt de accu betrouwbaar en efficiënt.
In 2018 werd een beroemde fabrikant van elektrische voertuigen teruggeroepen. De reden was oververhitting van de accu. Dit probleem leidde ertoe dat verschillende voertuigen in brand vlogen. Dit incident toonde de grote behoefte aan goede thermische systemen in elektrische voertuigen aan.
Wilt u meer weten over hoe u het thermisch beheer van uw elektrische voertuig of energieopslagsysteem kunt optimaliseren? Vul het onderstaande formulier in en ons team van experts neemt contact met u op voor een gratis adviesgesprek.
Factoren die het thermisch beheer van autobatterijen beïnvloeden
Constante temperatuurregeling in EV-batterijen
De energiedichtheid van accu's in nieuwe energievoertuigen neemt toe met de vooruitgang in de industrie. Deze hoge energiedichtheid creëert echter veel warmte. Dit gebeurt tijdens het laden en ontladen. Hoge temperaturen hebben een negatieve invloed op de prestaties van de batterij, waardoor een efficiënte warmteafvoer van cruciaal belang is.
Vloeistofkoeling: Deze methode gebruikt vloeistofgekoelde platen in contact met de accu om warmte uit de accu te verplaatsen via de vloeibare koelvloeistof in de platen. Het biedt een hoge efficiëntie, maar vereist complexe systemen en risicobeheer voor lekken.
Luchtkoeling: Deze methode is eenvoudiger dan vloeistofkoeling en maakt gebruik van luchtstroming om warmte af te voeren. Het is minder efficiënt maar gemakkelijker te implementeren.
Materialen met faseverandering: Deze materialen absorberen warmte tijdens faseovergangen. Ze geven het ook weer af. De overgangen zijn van vast naar vloeibaar en omgekeerd. Dit proces zorgt voor passief thermisch beheer. De integratie ervan kan echter complex en duur zijn.
Ongelijke verdeling van celtemperatuur
Beperkingen in de productiecapaciteit, het celmateriaal en de ruimte in de batterij kunnen leiden tot ongelijke temperaturen. Dit kan leiden tot oververhitting in sommige gebieden.
Thermische interfacematerialen: Deze materialen verbeteren de warmtegeleiding tussen cellen. Ze koelen componenten af en zorgen voor een gelijkmatige temperatuur.
Modulair ontwerp: Ontwerpen accu's in kleinere, hanteerbare modules kan helpen. Het zorgt voor gelijkmatigere temperaturen in het hele pakket.
Beperkingen voor warmteafvoer
De warmtebewegingen binnen de batterijmodule worden beperkt door de manier waarop de warmte wordt afgevoerd, het ontwerp van het pakket, het materiaal en de lay-out. Deze factoren samen maken een efficiënte warmteafvoer een grotere uitdaging.
Ontwerp verpakking: Het optimaliseren van de lay-out kan de luchtstroom en warmtegeleiding verbeteren. Dit kan de warmteafvoer sterk verbeteren.
Materiaalkeuze: Het gebruik van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid kan helpen. Ze zorgen ervoor dat batterijen warmte beter overdragen.
Ontwerp koelpad: Het efficiënte ontwerp van de koelwegen zorgt ervoor dat de koelvloeistof de warmte effectief kan afvoeren van kritieke gebieden.
Een opmerkelijk voorbeeld is Tesla's gebruik van een vloeibaar koelsysteem in zijn Model S. Het systeem is zeer efficiënt. Het houdt de batterij op de juiste temperatuur, wat zorgt voor hoge prestaties en veiligheid. Nissan gebruikt luchtkoeling in de Leaf. Het is minder efficiënt, maar voldoende voor het ontwerp van de batterij.
Veelvoorkomende problemen met thermisch beheer in EV's identificeren
Gevaren van oververhittingsproblemen
Oververhitting kan batterijen beschadigen. Dit kan ernstige gevolgen hebben. De belangrijkste gevaren zijn:
Afname batterijcapaciteit: In een oververhitte werkomgeving nemen de elektrochemische reacties van lithium-ion-accu's snel toe. De elektronenoverdrachtsnelheid van de batterij is sneller dan de diffusiesnelheid van lithiumionen. De positieve elektrode kan dus minder lithiumionen vasthouden. Hierdoor neemt de capaciteit van de batterij af.
Verminderde batterijprestaties: Hoge temperaturen in de verpakking kunnen de celstructuren beschadigen. Dit geldt ook voor de elektrodematerialen en elektrolyten. Deze schade is de hoofdoorzaak. Het vermindert de prestaties en het vermogen van de batterij.
Kortere cyclustijden: Opladen en ontladen onder hoge temperaturen versnelt de veroudering van lithiumcellen. Dit verkort hun levensduur en het aantal cycli dat ze kunnen verdragen.
Risico op thermische runway: Hoge temperaturen kunnen de veiligheid van de batterij sterk verminderen. Dit verhoogt het risico op thermische runaway. Dit kan leiden tot ernstige ongevallen, zoals batterijbrand of explosies. Hoge temperaturen verergeren dit risico, waardoor thermisch beheer cruciaal is voor de veiligheid.
Ongelijke temperatuurverdeling: Ongelijke temperaturen in het pakket kunnen leiden tot inconsistente reactiesnelheden in de cellen. Dit schaadt de prestaties en efficiëntie van de batterij.
Problemen met effectieve warmteafvoer
Effectieve warmteafvoer in energiebatterijen is onderhevig aan verschillende beperkingen:
Mechanismen van warmteoverdracht: Geleiding is de directe overdracht van warmte door vaste stoffen. Isolatiematerialen beperken echter de warmtegeleiding tussen celmodules in energiebatterijen.
Convectie-uitdagingen: Convectie brengt warmte over door de beweging van vloeistoffen. In power packs is de ruimte beperkt. Complexe vormen beperken de vloeistofstroom en verminderen de thermische prestaties.
Straling Warmteafvoer: Straling is de overdracht van warmte van een heet voorwerp naar een koelere omgeving via straling. Dit is niet het belangrijkste mechanisme in power packs. Warmteafvoer wordt beïnvloed door temperatuurverschillen en oppervlaktekenmerken.
Thermalbeheerproblemen aanpakken met geavanceerde technologieën
De industrie bestrijdt deze hitteproblemen. Ze onderzoekt en gebruikt veel geavanceerde technologieën.
Geavanceerde koelmiddelen: Het gebruik van nieuwe, hoogwaardige koelmiddelen die een betere warmteoverdracht bieden.
Thermische interfacematerialen: Verbeterde materialen die het contact tussen warmteproducerende onderdelen en koelsystemen verbeteren.
Innovatieve ontwerpbenaderingen: Verbeterde batterijpackontwerpen die de warmteafvoerpaden verbeteren en het ruimtegebruik optimaliseren.
Intelligente warmtebeheersystemen: Sensoren en gegevensanalyse zijn geïntegreerd om de batterijtemperatuur continu te bewaken. Dit gebeurt in realtime.
Effectieve oplossingen voor warmtebeheer
Opties voor koeltechnologie voor EV's
Vloeistofkoeling: Vloeistofkoeling gebruikt een koelvloeistof om warmte van de batterijcellen weg te leiden. De koelvloeistof stroomt door een netwerk van leidingen en warmtewisselaars. Het verwijdert effectief warmte. Voordelen zijn onder andere een hoge thermische geleidbaarheid, efficiënte warmteafvoer en instelbare koelcapaciteit. Uitdagingen zijn het complexe systeemontwerp, het risico op lekkage van koelvloeistof en de hogere kosten in vergelijking met andere methoden. De Tesla Model S maakt bijvoorbeeld gebruik van een geavanceerde vloeibaar koelsysteem. Het houdt de batterij op de beste temperatuur. Dit zorgt voor hoge prestaties en veiligheid.
Luchtkoeling: Luchtkoeling vertrouwt op een geforceerde of natuurlijke luchtstroom om de warmte van de batterijcellen af te voeren. Ventilatoren of blowers worden vaak gebruikt om de luchtstroom te verbeteren. Voordelen zijn een eenvoudiger ontwerp, lagere kosten en eenvoudiger onderhoud. Uitdagingen zijn onder andere een lagere efficiëntie dan vloeistofkoeling. Ook hebben ze een beperkte capaciteit voor toepassingen met een hoog vermogen. De Nissan Leaf gebruikt bijvoorbeeld luchtkoeling voor zijn batterijpack, wat voldoende is voor dit ontwerp en deze toepassing.
Phase Change Materials (PCM): PCM absorbeert warmte en geeft warmte af tijdens faseovergangen (van vast naar vloeibaar en omgekeerd). Deze methode biedt passief thermisch beheer. Voordelen zijn onder andere een hoge warmteopslagdichtheid, betrouwbaarheid en geen externe energie nodig. De uitdaging is de integratie in batterijpakketten. Ze hebben ook een tragere warmteafvoer en hogere materiaalkosten. Onderzoekers bestuderen PCM voor gebruik in EV's met hoge prestaties. Passieve koeling kan helpen bij actieve koeling.
Warmtepijpkoeling: Heat pipes brengen warmte over door middel van de faseverandering en capillaire werking van een werkende vloeistof. Ze verplaatsen warmte effectief van de batterijcellen naar een koellichaam of radiator. Voordelen zijn een hoge thermische geleidbaarheid, flexibiliteit, betrouwbaarheid en een ruimtebesparend ontwerp. Uitdagingen zijn onder andere een beperkte koelcapaciteit en gevoeligheid voor oriëntatie en zwaartekracht. Sommige ontwerpen voor EV-batterijen maken gebruik van heat pipes. Deze verbeteren de koeling zonder veel gewicht toe te voegen.
Thermo-elektrische koeling: Thermo-elektrische koeling maakt gebruik van het Peltier-effect. Een elektrische stroom creëert een temperatuurverschil over een thermo-elektrisch materiaal, waardoor koeling mogelijk wordt. Voordelen zijn nauwkeurige temperatuurregeling, hoge betrouwbaarheid en geen bewegende delen. Uitdagingen zijn de lage energie-efficiëntie, het hoge stroomverbruik en de beperkte koelcapaciteit. Thermo-elektrische koelers worden in sommige speciale toepassingen gebruikt. In deze toepassingen is een nauwkeurige temperatuurregeling van vitaal belang.
Optimalisatie systeemindeling
Een goed geoptimaliseerde systeemlay-out is cruciaal voor effectief thermisch beheer in EV's. Dit omvat het ontwerpen van koeltrajecten. Dit omvat het ontwerpen van koeltrajecten. Deze zorgen ervoor dat de warmte van de batterijcellen naar het koelsysteem gaat. Het gaat er ook om de ruimte goed te gebruiken om de koeling te verbeteren. Het betekent het plaatsen van koellichamen rond warmteproducerende onderdelen. En het betekent ervoor zorgen dat de lay-out gevoelige onderdelen beschermt en voldoet aan de veiligheidsnormen.
Thermische simulatie en analyse
Thermische simulatie en analyse zijn essentieel. Ze helpen bij het ontwerpen van efficiënte thermische systemen. Ingenieurs kunnen softwaretools zoals STAR-CCM+, FLUENT en Flotherm gebruiken. Ze kunnen thermische velden in batterijpacks en modules simuleren en het ontwerp van koelkanalen en materialen verbeteren. Ze kunnen ook het beste koelmedium en de beste stroomsnelheden kiezen. Trumonytechs gebruikte thermische simulatie bijvoorbeeld om het ontwerp koelsysteem voor een nieuw EV-batterijpak. Dit resulteerde in een betere koeling en een langere levensduur van de batterij.
Opkomende technologieën in warmtebeheer
De industrie voor elektrische voertuigen is altijd op zoek naar nieuwe technologieën. Zo verbeteren nanomaterialen en betere koelvloeistoffen het thermisch beheer. Deze innovaties zijn bedoeld om de warmteoverdracht efficiënter te maken, het systeemgewicht te verminderen en de algehele prestaties en veiligheid van de batterij te verbeteren. Het onderzoek naar nanomaterialen is veelbelovend. Het biedt potentiële doorbraken op het gebied van warmtegeleiding en warmteafvoer voor toekomstige EV-batterijen.
conclusie
Trumonytechs weet dat het beheersen van warmte van cruciaal belang is. Het zorgt voor de veiligheid, efficiëntie en prestaties van batterijen voor elektrische voertuigen (EV). We gebruiken verschillende koeltechnologieën. Deze omvatten vloeistof, lucht, faseveranderende materialen (PCM), heatpipe en thermo-elektrische koeling. Elk van deze technologieën heeft unieke voordelen en uitdagingen. We optimaliseren de lay-out van het systeem. We maken gebruik van thermische simulatie en analyse. Dit helpt ons om goede thermische systemen te ontwerpen.
FAQ
Vloeistofkoeling gebruikt een koelvloeistof om warmte weg te leiden van de batterijcellen. Het is efficiënt maar vereist complexe systemen.
Luchtkoeling vertrouwt op een geforceerde of natuurlijke luchtstroom om warmte af te voeren. Het biedt een eenvoudigere en goedkopere oplossing, maar met een lagere efficiëntie.
PCM absorbeert warmte en geeft warmte af tijdens faseveranderingen. Dit zorgt voor passief thermisch beheer. Het heeft echter een complexe integratie en een trage afvoer.
Het optimaliseren van de systeemlayout verbetert de koeling. Het zorgt voor een effectieve warmteoverdracht, benut de ruimte goed en beschermt gevoelige componenten.
Thermische simulatie maakt gebruik van software om het ontwerp van koelsystemen te verbeteren. Het vindt het beste koelmedium en debiet. Het bespaart kosten door de prestaties te voorspellen.