Die Kühlleistung einer Leistungsbatterie spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz, Lebensdauer und Sicherheit der Batterie. Diese kritische Auswirkung ergibt sich aus der während des Lade- und Entladevorgangs erzeugten Wärme. Steigende Temperaturen haben viele Auswirkungen auf die wichtigsten Batterieeigenschaften. Dazu gehören Innenwiderstand, Spannung, Ladezustand (SOC), Kapazität und Effizienz. Um dies in den Griff zu bekommen, setzen Ingenieure sowohl aktive als auch passive Batterie-Thermomanagement-Systeme (BTMS). Diese Systeme sind lebenswichtig. Sie halten die Lithium-Ionen-Batterien auf optimalen Temperaturen. Diese Temperaturen sind entscheidend für die Leistung von Elektrofahrzeugen.
Die Batterien für Fahrzeuge mit neuer Energie machen rasche Fortschritte. Sie entwickeln sich in Richtung höherer Energiedichte und größerer Reichweite. Dies hat die Nachfrage nach einem fortschrittlichen Temperaturmanagement erhöht. Moderne Ansätze, wie die Verwendung fortschrittlicher Flüssigkühlplatten, werden derzeit weiterentwickelt, um diese technischen Anforderungen zu erfüllen. Diese Verbesserungen werden die Temperaturkontrolle verbessern. Sie erhöhen auch den Wert und die Funktion eines jeden Fahrzeugs. In dem Maße, wie der Markt für neue Energiefahrzeuge wächst, steigt auch der Bedarf an effizienten Wärmemanagementsystemen. Diese Entwicklung wird zu erheblichen Skaleneffekten in der Produktion führen und das potenzielle Wachstum innerhalb der Batterielieferkette fördern.
Dieser umfassende Ansatz für das Wärmemanagement von Batterien ist eine technische Notwendigkeit und ein Markttreiber. Er zeigt, wie wichtig fortschrittliche Kühlung in der sich schnell verändernden Automobilindustrie ist.
Inhaltsübersicht
Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Sie das Wärmemanagement Ihres Elektrofahrzeugs oder Ihres Energiespeichersystems optimieren können? Füllen Sie das untenstehende Formular aus und unser Expertenteam wird Sie für ein kostenloses Beratungsgespräch kontaktieren.
Methoden zur Kühlung von Akkupacks
Es gibt drei Hauptkühlmethoden für Elektrofahrzeug-Batteriepacks: Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und direkte Kühlung mit Kältemitteln.
Luftkühlung
Derzeit ist die Hauptkühlung immer noch die Luftkühlung, bei der Luft als Wärmeträger verwendet wird.
Es gibt zwei gängige Arten der Luftkühlung: 1. passive Luftkühlung, bei der die Außenluft direkt zur Wärmeübertragung genutzt wird; 2. aktive Luftkühlung, bei der die Außenluft vor dem Eintritt in das Batteriesystem vorgewärmt oder gekühlt werden kann. Diese Art der Kühlung ist einfacher zu realisieren und weniger kostspielig, aber die Kühlwirkung ist schlecht. Mainstream-Miniatur-Elektrofahrzeuge wie der Hongguang MINI EV sowie frühe verkaufsstarke Elektrofahrzeuge verwenden alle diese Methode der Batteriekühlung.
Literaturhinweise:AKTIVES VS. PASSIVES WÄRMEMANAGEMENT
Flüssigkeitskühlung
Flüssigkeitskühlung zeichnet sich durch seine überlegenen Kühleigenschaften aus. Im Vergleich zur Luftkühlung haben Kühlmittelsysteme eine viel höhere spezifische Wärmekapazität und Wärmeübertragung. Sie übertreffen luftgekühlte Systeme oft um ein Vielfaches. Diese bessere thermische Leistung führt zu wesentlich niedrigeren Betriebstemperaturen. Sie verringert die Temperaturunterschiede innerhalb der Batteriepacks. Infolgedessen tragen Flüssigkühllösungen zu bemerkenswerten Verbesserungen der Effizienz, Stabilität und Gesamtlebensdauer von Batterien bei.
Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass die Flüssigkeitskühlung ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt. Sicherstellung der Hermetisierung des Akkupacks ist beim Einbau einer Flüssigkeitskühlung unerlässlich. Leckagen könnten die Integrität und Leistung des Systems beeinträchtigen. Außerdem sind die Anschaffungs- und Betriebskosten der Flüssigkeitskühlung höher. Sie sind höher als die Kosten einer einfachen Luftkühlung. Die Vorteile der Flüssigkeitskühlung für das Wärmemanagement und die Batterieleistung machen die Investition jedoch oft lohnenswert. Dies gilt insbesondere für Anwendungen mit strengen Kühlungsanforderungen.
Kältemittel-Direktkühlung
Bei der direkten Kühlung wird ein Kältemittel als Wärmeübertragungsmedium verwendet, das während des Phasenwechsels zwischen Gas und Flüssigkeit eine große Wärmemenge absorbiert, was die Wärmeübertragungseffizienz im Vergleich zu gekühlten Flüssigkeiten um mehr als das Dreifache erhöht und die Wärme schneller aus dem Batteriesystem abführt. Allerdings handelt es sich bei diesem System um ein Doppelverdampfersystem, es gibt keine Batterieheizung, keinen Kondensatschutz, die Kältemitteltemperatur ist nicht leicht zu regeln und die Lebensdauer des Kältemittelsystems ist gering.
Wenn Sie eine Kühllösung für Ihre Leistungszelle wählen, empfiehlt Trumonytechs die Flüssigkeitskühlung als bevorzugte Lösung. Obwohl die Luftkühlung derzeit die gängigste Kühlmethode ist, wird der Trend bei der Entwicklung von Batterien in Richtung höherer Energiedichte gehen, und die Sicherheit von Batterien mit hoher Energiedichte erfordert besondere Aufmerksamkeit, da die negativen Auswirkungen des thermischen Durchgehens zunehmend an Bedeutung gewinnen werden.
Flüssigkeitsgekühlte Lösungen haben einzigartige Vorteile in Bezug auf Wärmeübertragungsfähigkeit, Wärmeübertragungsbeständigkeit, PACK-Dichtung und NVH.
Der zweite Grund ist, dass die Flüssigkeitskühlung seit langem in herkömmlichen Fahrzeugen verwendet wird und eine gut etablierte Lieferkette hat, und dass die Kosten des Batteriesystems wirksam kontrolliert werden können, wenn die Konstruktion und der Prozess stabil sind.
Technologie-Vergleich: Vorteile, Nachteile und Szenarien von Batteriekühlungstechnologien
Bei der Auswahl der für eine bestimmte Anwendung am besten geeigneten Batteriekühlungstechnologie ist es wichtig zu wissen, wie die einzelnen Technologien in unterschiedlichen Umgebungen und unter verschiedenen Bedingungen funktionieren. Nachstehend finden Sie einen Vergleich der drei wichtigsten Kühltechnologien: Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und direkte Kühlung mit Kältemitteln:
| Kältetechnik | Vorteile | Benachteiligungen | Geeignete Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Luftkühlung | - Geringe Kosten | - Geringere Kühlleistung | - Kostensensitive Anwendungen |
| - Einfaches System, leicht zu installieren und zu warten | - Unzureichende Kühlung bei hohen Temperaturen oder hoher Belastung | (z. B. kleine Elektrogeräte, einige Elektrofahrzeuge) | |
| Flüssigkeitskühlung | - Effiziente Wärmeübertragung | - Höhere Anschaffungs- und Wartungskosten | - Anwendungen, die ein umfassendes Wärmemanagement erfordern |
| - Präzise Temperaturregelung | - Komplexität und hohe Anforderungen an die Hermetizität | (z. B. leistungsstarke Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme) | |
| Direkte Kältemittelkühlung | - Höchste Kühleffizienz | - Höhere technische Komplexität und Kosten | - Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Belastung |
| - Geeignet für extreme Temperaturbedingungen | - Umweltauswirkungen und Gefahr des Austretens von Kältemittel | (z. B. Serverkühlung, leistungsstarke Elektrofahrzeuge) |
Flüssigkühlungslösung Gehäuse
Die meisten Mainstream-Fahrzeuge mit neuer Energie nutzen derzeit Flüssigkühlungslösungen für das Wärmemanagement. Im Folgenden wird am Beispiel von Tesla ein kurzer Einblick gegeben, wie Tesla das Wärmerohrkühlung seiner Akkus.
Tesla verwendet eine Flüssigkeitskühlung für das Wärmemanagement der Batterie. Jeder Tesla ist mit einem speziellen Flüssigkeitszyklus-Temperaturmanagementsystem ausgestattet, das jede einzelne Batterie umgibt. Das verwendete Kühlmittel ist eine Mischung aus 50%-Wasser und 50%-Glykol und hat eine grüne Farbe.
Das Kühlmittel fließt durch Rohre und wird schließlich in einem Wärmetauscher am Kopf des Fahrzeugs abgeleitet, um die Temperatur der Batterie im Gleichgewicht zu halten und so zu verhindern, dass lokal hohe Temperaturen die Leistung der Batterie beeinträchtigen. Teslas Batterie-Wärmemanagement-System kann die Temperatur des Batteriesatzes auf ±2°C regeln und so die Temperatur der Batterieplatten effektiv kontrollieren.
Das Wasserkühlsystem der Module ist beispielsweise parallel aufgebaut, um sicherzustellen, dass das Kühlmittel, das in jedes Modul fließt, eine ähnliche Temperatur hat.
Wie man Komplexität und Produktionskosten reduziert
Flüssigkühllösungen erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei Hochleistungscomputern, Spielen und anderen Branchen, in denen eine effiziente Wärmeableitung erforderlich ist. Bei der Entwicklung von Flüssigkeitskühlungslösungen geht es darum, ein System zu entwerfen und zu konstruieren, das die Wärme effizient von der Quelle auf das Kühlmittel übertragen und außerhalb des Systems ableiten kann. Bei der Entwicklung von Flüssigkeitskühlungslösungen gibt es jedoch einige Herausforderungen und Schwierigkeiten, die im Folgenden erörtert werden:
Komplexität des Systems: Flüssigkeitskühlsysteme sind komplexer als herkömmliche Luftkühlsysteme und erfordern zusätzliche Komponenten wie Pumpen, Kühler, Schläuche und Kühlmittel. Diese zusätzlichen Komponenten erhöhen die Komplexität des Systems und erschweren dessen Konstruktion und Herstellung.
Gefahr von Lecks: Flüssigkühlsysteme sind anfällig für Leckagen, die zu Schäden an den Komponenten und zu Sicherheitsrisiken führen können. Die Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Konstruktionen lecksicher sind, und Protokolle entwickeln, um Lecks zu erkennen und zu beseitigen, falls sie auftreten.
Wartungsanforderungen: Flüssigkeitskühlsysteme müssen regelmäßig gewartet werden, um ihre ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten. Dazu gehören der Austausch der Kühlflüssigkeit, die Reinigung der Kühler und die Überprüfung auf undichte Stellen. Die Wartung kann zeitaufwändig und teuer sein und erfordert unter Umständen Spezialwerkzeuge und -kenntnisse.
Kompatibilitätsprobleme: Nicht alle Komponenten sind mit Flüssigkeitskühlsystemen kompatibel. Einige Hauptplatinen verfügen beispielsweise nicht über die erforderlichen Anschlüsse oder Befestigungspunkte für Flüssigkeitskühlblöcke oder erfordern zusätzliche Adapter oder Halterungen. Die Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Entwürfe mit einer breiten Palette von Komponenten kompatibel sind, um eine breite Akzeptanz ihrer Systeme zu gewährleisten.
Kosten: Die Entwicklung und Herstellung von Flüssigkeitskühlsystemen kann aufgrund der zusätzlichen Komponenten und der damit verbundenen Komplexität teuer sein. Dies kann dazu führen, dass sie für die Verbraucher weniger zugänglich sind und ihre Akzeptanz auf dem Markt eingeschränkt wird.
Da die neuen Energiefahrzeuge durch eine Kombination aus Leistungs- und Kostenanforderungen angetrieben werden, besteht ein Bedarf an Flüssigkeitskühlplatten für Leistungsbatterien mit geringem Gewicht, guter Wärmeleitfähigkeit, starkem Korrosionsschutz und anderer Ermüdungsbeständigkeit sowie ausgezeichneter Prozessleistung. Gleichzeitig hat sich durch den Technologietrend, wie z. B. schnelles Laden und hohe Reichweite, die Wärmeerzeugung der Batterieeinheit erhöht, was auch höhere Anforderungen an die Kühlkapazität der Batterie stellt.
Benutzer-Wartungsanleitung: Kühlsystem der Batterie
Die Wartung und Instandhaltung des Batteriekühlsystems ist entscheidend für die Stabilität und Leistung der Batterie. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenstellung von Maßnahmen, die von Trumonytechs ergriffen werden können, um das Batteriekühlsystem zu warten und zu optimieren:
Regelmäßige Inspektion
Überprüfen Sie regelmäßig das Aussehen des Kühlsystems, einschließlich der Leitungen, Anschlüsse und des Kühlmittelstands.
Überprüfen Sie das Kühlsystem auf Anzeichen von Lecks, einschließlich der Leitungen und Kühler.
Reinigen Sie die Kühler des Kühlsystems regelmäßig, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Fehlersuche
Wenn Sie Undichtigkeiten oder abnormale Temperaturen im Kühlsystem feststellen, stellen Sie den Betrieb sofort ein und wenden Sie sich zur Fehlersuche und Reparatur an einen professionellen Techniker.
Achten Sie auf ungewöhnliche Temperaturschwankungen oder Alarmsignale, die auf einen Ausfall des Kühlsystems hinweisen können.
Beste Praxis
Vermeiden Sie eine Überbeanspruchung des Akkus bei extremen Temperaturen, da dies das Kühlsystem zusätzlich belasten kann.
Wechseln Sie das Kühlmittel regelmäßig gemäß den Empfehlungen des Herstellers.
Befolgen Sie die Empfehlungen und Richtlinien des Herstellers, um die ordnungsgemäße Verwendung und Wartung des Batteriekühlsystems sicherzustellen.
Schlussfolgerung
Batteriekühlsysteme sind von entscheidender Bedeutung. Sie gewährleisten die Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie. Dabei kann es sich um Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung oder direkte Kühlung durch Kältemittel handeln. Jedes hat seine Vorteile und seinen Nutzen. Eine gute Wartung und Optimierung kann auch die Effizienz und Zuverlässigkeit Ihres Kühlsystems erhöhen.
Wenn Sie eine gute Lösung für die Batteriekühlung benötigen, hat Trumonytechs die Technik und Erfahrung, um sie für Sie anzupassen. Wir verstehen die einzigartigen Anforderungen jeder Anwendung und können Kühltechniken anbieten, die Ihren speziellen Anforderungen entsprechen. Kontaktieren Sie Trumonytechs heute für Ihre Batteriekühlsystemlösung!
FAQ
Batteriekühlsysteme regulieren die Temperatur der Batterie mit Hilfe von Luft, Flüssigkeit oder Kältemittel als Medium. Diese Systeme übertragen Wärme. Sie helfen der Batterie, die richtige Temperatur zu halten. Dies verbessert die Effizienz und verlängert die Lebensdauer der Batterie.
Akkus erzeugen während des Lade- und Entladevorgangs Wärme. Wenn die Temperatur zu hoch wird, kann dies die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen. Kühlsysteme sorgen für die Sicherheit der Batterien. Sie verhindern, dass sie zu heiß werden und dass sie thermisches Durchgehen.
Luftkühlsysteme verwenden Luft als Kühlmedium, was weniger teuer und einfacher zu warten, aber weniger effizient ist. Bei Flüssigkeitskühlsystemen wird eine Flüssigkeit (z. B. Wasser und Glykol) zur Kühlung verwendet. Diese Flüssigkeit hat eine höhere Wärmeübertragungseffizienz und eignet sich für Batterien mit hoher Energiedichte. Sie ist jedoch teurer und erfordert einen höheren Wartungsaufwand.
Ein direktes Kältemittel-Kühlsystem nimmt Wärme durch einen Phasenwechsel auf. Dabei wird das Kältemittel von einem Gas in eine Flüssigkeit umgewandelt. Diese Methode bietet eine sehr hohe Kühleffizienz. Sie ist ideal für Hochleistungsanwendungen. Sie müssen schnell eine große Menge Wärme abführen. Dazu gehören Hochleistungselektronik und einige Elektrofahrzeuge.
Sie müssen Ihre Batteriekühlsystem. Dazu gehört die Überprüfung des Kühlmittelstands und der Leitungen. Sie müssen auch den Kühler reinigen, um Verstopfungen zu vermeiden. Außerdem muss das System auf Lecks überprüft werden. Die Einhaltung der Wartungsrichtlinien des Herstellers ist der Schlüssel zur Erhaltung der Effizienz Ihres Systems.
