A folyékony hűtésű lemezek és a hagyományos léghűtés ugyanazt a feladatot oldják meg, azaz a cellákat egy biztonságos hőmérsékleti ablakon belül tartják, de akkor szakadnak meg, amikor a hőterhelés, a C-arány és a csomagolási sűrűség megnő. A léghűtés továbbra is védhető az alacsony fogyasztású, költségérzékeny akkumulátorok esetében. A folyékony hűtésű lemez akkor veszi át a szerepet, amikor egy akkumulátornak szoros cellák közötti hőmérséklet-eloszlást kell fenntartania gyors töltés vagy tartós kisütés révén. Ez az összehasonlítás akkumulátorcsomagok hő- és termékmérnökei számára készült, akik elektromos járművekhez és energiatároló rendszerekhez választanak hűtési architektúrát, és a csomagszintű tervezésen marad, nem pedig a bemerítéses vagy a hűtőközeges közvetlen cellahűtésen. A hőtervezés ezen a szinten... az EV-k és az adatközpontok teljesítményének kulcsa, tehát a levegő kontra hideg lemez választás a csomag kitöltési tényezője által meghatározott mérnöki döntés, nem pedig alapértelmezett.
Hol éri el a léghűtés az akkumulátorcsomagokban – és hol ér véget?
A léghűtés a költségek és az egyszerűség miatt vívja ki helyét, nem pedig a hőelvonási kapacitás miatt. A ventilátor levegőt nyom a bordázott felületeken vagy a cellák között, így a hőt a burkolaton keresztül kivezeti; nincs szivárgó hűtőfolyadék, nincs szivattyú, ami táplálná, és az anyagköltség alacsony marad. Alacsony C-arányú akkumulátorok, finoman forgó tartalék tárolók vagy hőtoleráns alkalmazások esetén a kényszerített levegő gyakran a megfelelő és könnyebb megoldás.
A mennyezet akkor jelenik meg, amikor a hőáram emelkedik. A levegő csak szerény hőáramot von el egy folyadékfelülethez képest. Az ipari műszaki források a gyakorlati levegőoldali disszipációt nagyjából egy nagyságrenddel alacsonyabbnak tartják, mint amit egy folyadékhűtéses hideg lemez képes elszállítani ugyanazon a területen, bár a pontos rés az áramlási sebességtől, a bordák kialakításától és a bemeneti hőmérséklettől függ. A léghűtéses rendszereknek a légáramláshoz is távolságra van szükségük, ami csökkenti a térfogati energiasűrűséget, és a kapacitásuk csökken a környezeti hőmérséklet emelkedésével.
Egy olyan akkumulátor, amely 25 °C-os környezeti hőmérsékleten megfelel a hőteszten, nagy környezeti hőmérsékleten történő gyorstöltés esetén is elvétheti a célértékét. A kényszerített levegős hűtési kapacitás csökken a belépő levegő hőmérsékletének emelkedésével, a ventilátor sebességét pedig a zaj és a parazita terhelés korlátozza. A fontos validációs lépés a legrosszabb környezeti körülmények között, és nem a névleges körülmények között lefuttatni a legrosszabb C-arányt, mivel ott a legnehezebb fenntartani a cellák közötti egyenletességet.
Hogyan vonja le a hőt a folyékony hideg lemez a sejtekből?
Egy folyékony hűtőlemez a hőt a cellákhoz vagy a modul falához nyomott belső csatornákon keresztül áramló hűtőfolyadékba vezeti, ezért sokkal nagyobb hőáramot kezel, mint a mozgó levegő. A hűtőfolyadék, amely általában víz-glikol keverék, sokkal nagyobb hőátadási együtthatóval rendelkezik, mint a levegő, így gyorsabban vezeti el a hőt, és lehetővé teszi a csomag kompaktabb működését nagy bordák nélkül. Az alumínium a leggyakoribb lemezanyag, mivel hővezető képessége az ötvözettől és a hőmérséklettől függően nagyjából 150–250 W/(m·K) tartományban van, így alacsony ellenállású utat biztosít a cellák és a hűtőfolyadék között.
A hidegtányér nem hűtőborda, és a különbség a hűtőborda és a hideg lemez között A kiválasztásnál fontos szempontok: a hűtőborda a hőt a levegőbe vezeti az alkatrésznél, míg a hideg lemez folyadékkal szállítja el, hogy máshol kilökődjön. Ez az elválasztás teszi lehetővé a folyékony rendszerek számára, hogy a felületi hőmérsékletet egy nagy modulon belül is fenntartsák, és leválasztják a hőt a cellák körüli szűk térről.
A lemezen belüli csatornaelrendezés határozza meg a hűtés és a szivattyú munkája közötti kompromisszumot. A kígyózó csatornák nagy hűtőfolyadék-sebességet és erős hűtést biztosítanak, de növelik a nyomásesést, míg a többcsatornás elrendezés egyenletesebben osztja el az áramlást az alacsonyabb nyomásesés és a kisebb hőmérsékletkülönbség érdekében. mikrocsatornás hideglap tovább növeli a hőátadási területet, bár a nyomásesése a csatorna méretétől, a párhuzamos útvonalak számától, a hosszától és az áramlási sebességtől függ, tehát nem eredendően alacsony. Az Trumonytechs folyékony hideglemezeket és hozzá illő hővezető anyagokat szállít akkumulátorcsomagokhoz, és hogy melyik csatornaelrendezés illik egy adott modulhoz, az a hőtérképéből és az áramlási költségvetéséből következik.
A döntési változók: Hűtőlemez vs. léghűtés
A választás néhány változón múlik – hőelvonási sűrűség, cellák közötti egyenletesség, szivattyúteljesítmény, csomagolás és karbantartási kockázat –, nem pedig azon az általánosító állításon, hogy a folyadék jobb. A “folyadék mindig nyer” elv ökölszabályként való kezelése gyakori hiba; a folyadék ott nyer, ahol a kitöltési tényező megkívánja, és ott növeli a költségeket és a szivárgási utat, ahol nem. Az alábbi táblázat keretezi azokat a tengelyeket, amelyek valójában meghatározzák az architektúrát.
| Döntési változó | Hagyományos léghűtés | Folyékony hidegtányér |
|---|---|---|
| Hőelvonási sűrűség | Alacsonyabb; mérsékelt hőáramhoz megfelelő | Magasabb; alkalmas a gyors töltésből / nagy kisütésből származó nagy hőáramhoz |
| Sejtről sejtre történő egyenletesség | Szélesebb körben terjed, sodródik a környezeti hangokkal | Sűrűbb, normál üzemben általában ≤3 °C körüli hőmérsékletre van kitűzve |
| Parazita energia azonos hőmérsékleten | Nagyobb ventilátorteljesítmény; gyakran több energia azonos átlaghőmérsékletért | Alacsonyabb az egyenértékű szabályozáshoz; a szivattyú teljesítménye az áramlással együtt skálázódik |
| Csomagolás / energiasűrűség | A légáramlási útvonalak csökkentik a térfogatsűrűséget | Kompakt; nincsenek nagy bordák vagy légcsatornák |
| Karbantartási és meghibásodási mód | Portalanítás; nincs szivárgási útvonal | Rendszeres hűtőfolyadék-/tömítésellenőrzések; a szivárgás egy kulcsfontosságú további meghibásodási mód |
| Legjobban illeszkedő terhelés | Alacsony C-rátával rendelkező, költségvezérelt, megbocsátó | Gyors töltés, nagy tartós teljesítmény, pontos egyenletesség |
A hőmérséklet-egyenletesség az, ahol a kettő a leginkább eltér a cellaélettartam szempontjából. A cellák nagyjából 25–40 °C-os tartományon belül tartása és a cellák közötti hőmérséklet-eloszlás körülbelül ≤3 °C-on tartása egy széles körben emlegetett cél, mivel az egyenetlen hőmérséklet egyenetlenül öregíti a cellákat és lerövidíti az élettartamot. A folyékony lemezek ezt az eloszlást egyenletesebben tartják, mint a kényszerített levegő, különösen egy nagy prizmás modulon keresztül. Ugyanazon átlaghőmérséklet elérése levegővel jellemzően két-háromszor annyi hűtési energiába kerül, mint egy folyékony rendszer, több iparági forrást is figyelembe véve, bár a különbség kis terheléseknél szűkül.
A folyadékkal kapcsolatos kompromisszumok valósak, és a döntés részét képezik. A szivattyú teljesítménye nagyjából az áramlással együtt nő, így az áramlás növelésével az alacsonyabb cellahőmérséklet elérése parazita terhelést és nyomásesést okoz. A meghibásodási mód is változik: szivárgás esetén a hűtőfolyadék a feszültség alatt álló cellák közelébe kerülhet, ezért a hideglemezeket nyomás- és szivárgásvizsgálatnak vetik alá, és ezért előnyben részesítik a zárt, közvetett kialakításokat minden olyan útvonallal szemben, amely közvetlen érintkezés kockázatát hordozza magában.
A hideglemez illesztése a cellaformátumhoz és az interfészhez
Egy hideglemez csak annyira teljesít jól, amennyire jól teljesít a cellákkal való interfésze, így a cellaformátum és a termikus interfész anyaga gyakran jobban meghatározza a valós eredményeket, mint a lemez mintázata. A hengeres, prizmás és tasakos cellák eltérő érintkezési geometriát mutatnak: a prizmás és tasakos modulok egy sík lemezfelülethez illeszkednek, míg a hengeres tömbökhöz kontúrozott lemezre vagy réskitöltő interfészre van szükség a cellafalak eléréséhez. A lemezarchitektúrának a cellaformátumot kell követnie, nem pedig fordítva.
A hővezető anyag kitölti a mechanikusok által hátrahagyott rést, és ez az, amit az ellenállás-mérnökök leggyakrabban alábecsülnek. Egy kitöltetlen légrés vagy egy rosszul illeszkedő betét jelentősen megnöveli a cella és a hűtőközeg közötti hőellenállást, és tönkretehet egy egyébként jó lemezt. A csatlakozófelület kiválasztása a rés méretétől és tűréshatárától, a lemez síkfelületétől, a cellákra ható összeszerelési feszültségtől, valamint attól függ, hogy a folyamathoz szükség van-e kikeményedő réstöltőre vagy előre kialakított betétre az automatizált összeszereléshez. Ebben a cella-hűtőközeg útvonalban a lemez és a csatlakozóanyag párként működik, és az Trumonytechs termékcsalád mind a hideglemezt, mind az illesztett hővezető anyagot lefedi.
Érdemes megjegyezni egy határt: ez az összehasonlítás a közvetett, csomagszintű hűtést foglalja magában, nem pedig az olyan bemerítéses vagy hűtőközeg-rendszereket, amelyek közvetlenül érintkeznek a cellákkal, és amelyekre saját dielektromos és tömítési szabályok vonatkoznak. A közvetett hűtésen belül a lemezcsatorna-kialakítás, a csatlakozóanyag és a hűtőközeg-áramlás a meghatározó tényezők, amelyeket a modul valós hőtérképéhez, nem pedig névleges specifikációhoz viszonyítva validáltak.
Mikor illik az egyes hűtési megközelítések
Válasszon léghűtést az alacsony C-arányú, költséghatékony, hőtoleráns akkumulátorokhoz, és folyadékhűtéses hűtőlapot, ha gyors töltés, nagy tartós teljesítmény, pontos egyenletesség vagy meleg éghajlaton való működés a szempont. Ez az egyetlen elosztási megoldás a legtöbb esetet megoldja, mielőtt a költségek egyáltalán felmerülnének. Egy városi ESS-szekrény, amely lassan ciklikusan működik enyhe éghajlaton, soha nem indokolja a szivattyúhurok használatát; egy gyorsan töltődő elektromos járműcsomag vagy egy nagy sűrűségű tárolóállvány általában igen.
Egy folyékony rendszer magasabb kezdeti költséggel jár a lemezek, a szivattyú, a hűtőfolyadék és a gyűjtőcsövek miatt, míg az alacsonyabb üzemi energia és az állandóbb cellahőmérséklet a csomag élettartama alatt előnyös lehet. A költség ezért inkább az időzítésben, mint az összhatásban választja el a kettőt. Az egyensúlyt befolyásoló változók a C-ráta, a környezeti szélsőségek, a kitöltési tényező és az alkalmazás által megkövetelt egyenletességi célpont szigorúsága.
A klíma gyakran dönti el a választást. A léghűtés elveszíti a használható hőmérsékleti mozgásteret, ahogy a beszívott levegő melegszik, és hideg időjárási viselkedése követi a környezeti hőmérsékletet, így a széles vagy meleg működési tartomány szűkíti a kényszerített levegő befogadóképességét. A lezárt folyadékhurok szélesebb környezeti tartományban tartja meg a hűtőkapacitását, és hidegindításhoz integrálható a csomagfűtéssel, ezért a meleg vagy széles lengéscsillapítású telepítések inkább a folyadékot használják.
Következtetés
A döntés nem az, hogy melyik technológia jobb, hanem az, hogy melyik hol nem illik bele. A léghűtés megállja a helyét az alacsony C-arányú, költségérzékeny, enyhe éghajlatra alkalmas csomagoknál; a folyékony hűtőlemez a megfelelő választás, ha a gyorstöltés, a nagy tartós teljesítmény, a szoros cellák közötti célérték vagy a széles környezeti tartomány kerül a specifikációba. Először rögzítse a kitöltési tényezőt és az egyenletességi célértéket, majd hagyja, hogy a hőáram, a szivattyúteljesítmény és a cellaformátum rendezze a többit. Ezek azok a változók, amelyek megkülönböztetik a próbapadon átmenő lemezt az üzemi hőmérsékletet tartótól. Ahol egy csomag a folyékony oldalon található, az Trumonytechs a hideglemezeit és a hővezető anyagait a modul hőtérképéhez és cellaformátumához tudja illeszteni; kapcsolatfelvétel cégünkkel az áramlás, a nyomásesés és a csatlakozófelület rés validálására a legrosszabb C-arány és a környezeti hőmérséklet alapján.
GYIK
Szükségem van folyadékhűtő tányérra, ha a csomagom csak alacsony C-arányokat mutat?
Általában nem – az alacsony szén-dioxid-kibocsátású, költségérzékeny akkumulátorok enyhe éghajlaton azok, ahol a kényszerített levegős hűtés még mindig hasznos. A léghűtés elkerüli a szivattyú, a hűtőfolyadék és a szivárgás útját, és alacsonyabb hőelvonási kapacitása elegendő, ha a hőáram és az egyenletesség iránti igény mérsékelt. Csak akkor kell újraértékelni, ha az akkumulátort később gyorsan fel kell tölteni, vagy magas környezeti hőmérsékleten kell üzemeltetni.
Mekkora cellák közötti hőmérséklet-különbséget kell elviselnie egy hideg lemeznek?
Normál üzem közben a körülbelül ≤3 °C-os hőmérséklet-különbség a leggyakrabban említett cél, a cellákat nagyjából 25–40 °C-os tartományban tartva. Az egyenetlen hőmérséklet egyenetlenül öregíti a cellákat és lerövidíti a csomag élettartamát, ezért az egyenletesség, nem csak a csúcshőmérséklet, határozza meg a hideglemez kialakítását és a csatornaelrendezés megválasztását.
Mennyivel drágább a folyadékhűtés, mint a léghűtés?
A folyadékköltségek a lemezek, a szivattyú, a hűtőfolyadék és a gyűjtőcsövek esetében magasabbak, de az alacsonyabb üzemi energia és az állandóbb cellahőmérséklet ezt egy részét ellensúlyozhatja az akkumulátor élettartama alatt. A C-arány, az éghajlat és a kitöltési tényező határozza meg a tényleges egyensúlyt, így a rés ott a legkisebb, ahol az akkumulátor erősen vagy forrón járatódik.
Mi a fő kockázata a levegős hűtőtányérról folyékony hűtőtányérra való váltásnak?
A szivárgás egy kulcsfontosságú további kockázat, mivel a feszültség alatt álló cellák közelében lévő hűtőfolyadék rövidzárlatot okozhat. A közvetett hűtőlemezeket nyomás- és szivárgásvizsgálatnak vetik alá, és lezárják, hogy a folyadék távol maradjon az élő csatlakozóktól, ami csökkenti a közvetlen érintkezés esélyét, és a rendszeres hűtőfolyadék- és tömítésellenőrzések helyettesítik a levegőrendszerek portalanítását.
Működhet a léghűtés meleg éghajlaton?
A léghűtés csak akkor működhet forró éghajlaton, ha az akkumulátor hőárama alacsony, és a kialakítást a legrosszabb környezeti, nem pedig névleges körülmények között validálták. A kényszerített levegő kapacitása csökken a bemeneti hőmérséklet emelkedésével, így a magas környezeti hőmérsékletű gyorstöltés az a feltétel, amely valószínűleg meghaladja a levegő befogadóképességét, és egy lezárt folyadékhurok itt is megtartja a mozgásterét.
További olvasmányok
- Egy kígyó alakú, folyadékhűtéses lítium-ion akkumulátorcsomag energiahatékony termikus és hidraulikai teljesítményelemzése — lektorált tanulmány (Nature Scientific Reports). Támogatja a kígyócsatorna-kialakítású kompromisszumot a hűtési teljesítmény és a nyomásesés között; folyadékhűtéses lemezes áramlási csatorna kialakítására vonatkozik.
- Mikrocsatornás folyadékhűtéses lemezes akkumulátorcsomag hőelvezetési elemzése és többcélú optimalizálása — nyílt hozzáférésű tanulmány (PMC/NIH). Támogatja a csatornatervezés során a hőmérséklet-egyenletesség és a nyomásesés közötti kompromisszumot; vonatkozik a hideglemezes áramlási csatorna kiválasztására.
Kapcsolódó cikkek
- Az innovatív folyadékhűtési technológia szerepe az EV hatótávolság növelésében – hogyan tartja a folyadékhűtés az akkumulátor hőmérsékletét az elektromos jármű használható hatótávolságának védelme érdekében.
- Az intelligens hűtőrendszerek integrálása és optimalizálása — hideglapok párosítása érzékelőkkel és vezérlőkkel a csomag hőmérsékletének a tartományon belül tartása érdekében.
- A folyadékhűtő lemez alapelve – hogyan mozgatja a hőt egy zárt hurkú hideglemez hűtőfolyadék, szivattyú és csövek segítségével.
- Mi az akkumulátor hideglemeze? — a hűtőlemez szerepe az akkumulátor hőkezelő rendszerében és a cellák érintkezésében.
- Az adatközpontok hatékonyságának forradalmasítása az Trumonytechs' folyadékhűtéssel – ahol a folyadékhűtés csökkenti a hűtési energiát nagy sűrűségű telepítések esetén.
