Lítium-ion akkumulátoros hőkezelési technológia
A lítium-ion akkumulátorok fontos helyet foglalnak el a globális energia- és fogyasztói akkumulátorok piacán, ezért hőkezelési technológiájuk mindig is nagy figyelmet kapott az iparban. Ezek a technológiák az egyszerű levegő nélküli hűtéstől az összetett hűtésig fejlődnek, és mindegyik technológiának megvannak a saját jellemzői és kihívásai. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk a különféle hűtési technológiákat.
léghűtés.
A léghűtés passzív természetes hűtésre és aktív kényszerhűtésre osztható. Mindkét módszer levegőáramot használ az akkumulátor által termelt hő eltávolítására a hűtés érdekében. Előnyei közé tartozik az egyszerű szerkezet, az alacsony költség, a környezetvédelem és a szennyezésmentesség.
Természetes hűtés: Ez egy passzív hűtési technológia, amely csak hűtőlevegő-csatornák kialakítását igényli. Például a korai Nissan Leaf elektromos autó ezt a hűtési módszert alkalmazta. Ezzel a módszerrel azonban nehéz kielégíteni az akkumulátorok hatékony hűtési igényeit, és befolyásolhatja az akkumulátor élettartamát.
Kényszerhűtés: A természetes hűtéshez képest ez a technológia ventilátorok és egyéb berendezések hozzáadásával növeli a légáramlást és javítja a hűtőhatást. De ez megnövekedett zajt és energiafogyasztást is jelent. Ezenkívül a légáramlási csatorna alakjának beállításával a hűtőhatás tovább javítható.
Folyadékhűtés technológia
A folyékony hűtés hűtőfolyadékot használ az akkumulátor hőcseréjére, így hatékonyan és gyorsan elvezeti a hőt. Ez a technológia közvetlen folyadékhűtésre és közvetett folyadékhűtésre oszlik. Közvetlen folyadékhűtés esetén a hűtőfolyadék közvetlenül érintkezik az akkumulátorral, például merülő folyadékhűtés esetén. A közvetett folyadékhűtés speciális alkatrészeken, például hűtőlemezeken keresztül éri el a hűtőhatást.
Hűtőlemez folyadékhűtés
A léghűtéshez képest a hűtőlemez folyadékhűtési technológia hatékonyabb, és a hűtőlemezek többnyire alumíniumból vagy alumíniumötvözetből készülnek, és a költségek viszonylag alacsonyak. A fő kutatási irány a hűtőlemez szerkezetének és folyadékáramlási jellemzőinek optimalizálása a gyártási folyamat egyszerűsítése és hatékonyságának növelése érdekében.
A legújabb kutatások a hűtőfolyadék csatornák tervezésére és a hűtőfolyadék áramlási irányára összpontosítottak. Egyes szakértők például új típusú folyadékhűtő lemezt terveztek a szerpentin áramlási csatorna alapján. Ez az új kialakítás bizonyos körülmények között nagymértékben javíthatja a hűtési hatékonyságot. Egyes szakértők méhsejt szerkezetű hűtőlemezt is terveztek négyzet alakú akkumulátorokra. Ez a kialakítás javítja a hőelvezetési hatást hűtőcsatornák hozzáadásával. Ezek a tanulmányok mind rámutattak arra, hogy a hűtőfolyadék-csatorna ésszerű kialakítása és áramlási iránya kritikus a hőmérséklet egyenletessége szempontjából. Összességében a hűtőlemez folyadékhűtési technológiája meglehetősen kiforrott és széles körben használatos különféle elektromos berendezésekben.
Összességében a hideglemezes folyadékhűtés technológia nagyon hatékony a legtöbb alkalmazási forgatókönyv esetén. Fő anyagai, mint például a réz és az alumínium, jó hővezető tulajdonságokkal rendelkeznek, és közepesen költséghatékonyak, így ideálisak elektromos járművekben vagy más, nagy hűtési igényű berendezésekben való használatra. A gyakorlati alkalmazásokban a jó minőségű hűtőhatások biztosításához szükséges a megfelelő hűtőcsatornák tervezése és a megfelelő anyagok kiválasztása az akkumulátor típusa és szerkezete alapján.
Merülő folyadékhűtés
A merülőfolyadékos hűtési technológia teljesen elmeríti az akkumulátort és a többi hőtermelő komponenst a hűtőfolyadékban. A hagyományos léghűtéshez képest ez a technológia csökkenti a zajt és az energiafogyasztást, valamint jobban szabályozza az akkumulátor hőmérsékletét. Ennek a technológiának a kiváló eredményei ellenére fő hátránya a rendszer viszonylag nagy tömege és térfogata, amely korlátozza az elektromos járművekben való alkalmazását. De a rögzített energiatároló erőművek számára ez a technológia ideális.
A merülő folyadékhűtés főként szigetelőolajat és fluortartalmú folyadékot használ hűtőfolyadékként, bár a költségek magasabbak. A kutatások azonban bebizonyították, hogy ez a hűtési technológia biztosítja, hogy az akkumulátor átlagos hőmérséklet-emelkedése ne haladja meg az 5 fokot, és a cellák közötti hőmérsékletkülönbség csak 2 fok. Ez javítja az energiatároló erőművek élettartamát és biztonságát.
Fázisváltó anyagú hűtési technológia
A fázisváltó anyagokon (PCM) alapuló akkumulátor hőkezelési technológia egy innovatív módszer, amely a PCM hőtároló és -leadási jellemzőinek felhasználásával optimális hőmérsékleten tartja az akkumulátort. Ennek a megközelítésnek számos előnye van: nem igényel többletenergiát, nincsenek mozgó alkatrészei, kevés karbantartást igényel, és jól biztosítja az akkumulátor egyenletes hőmérsékletét.
Jelenleg a hőkezelésben általánosan használt PCM anyagok a következők: Szerves anyagok, például paraffinok, alkánok és szerves savak.
Szervetlen anyagok, például vizes oldatok, sóhidrátok és olvadt sók.
Eutektikus anyagok
Maga a PCM hővezető képessége azonban nem magas, ezért általában más anyagokat, például rézhabot, expandált grafitot és nanorészecskéket adnak hozzá a hővezető képesség javítása érdekében. Ez a PCM néhány fizikai problémáját is megoldhatja, például a fázisváltás utáni fluiditási problémákat.
Ennek intuitívabb megértéséhez hivatkozhatunk néhány friss kutatásra. Egyes szakértők például létrehoztak egy kompozit fázisváltó anyagot, amely laurinsavból és paraffinviaszból és expandált grafitból állt. Ez az anyag sikeresen csökkentette egy bizonyos akkumulátor maximális hőmérsékletét 42,39 fokra. Más tanulmányok azt is kimutatták, hogy a PCM hűtő hatása tovább fokozható, ha más hűtési módszerekkel, például léghűtéssel kombinálják.
Termoelektromos hűtési technológia
A termoelektromos hűtés egy fejlett aktív hűtési technológia, amely a Peltier-effektuson alapul. Egyszerűen fogalmazva, amikor egy elektromos áram áthalad egy adott anyagon, az egyik oldalon hőt vesz fel, a másik oldalon pedig leadja, így hűsítő hatást kelt. Ennek a technológiának a fő előnyei közé tartozik: nincs hűtőközeg, alacsony energiafogyasztás, gyors indítás, jó stabilitás, alacsony zajszint és nincsenek mozgó alkatrészek. De nyilvánvalóak a kihívások is, mint például az alacsony hűtési hatékonyság és a nagyméretű eszközök gyártási nehézségei.
A kutatók számos kísérletet végeztek annak érdekében, hogy optimalizálják ennek a technológiának az akkumulátor-hőgazdálkodási rendszerekben való alkalmazását. Egyes szakértők például olyan rendszert terveztek, amely a kettős szilícium-dioxid hűtőlemezeket rézhálóval és léghűtéssel kombinálja. Azt találták, hogy a szilícium-dioxid hűtőlemez vastagsága összefügg az akkumulátor hőmérsékleti teljesítményével, és az 1,5 mm-t határozták meg optimális vastagságnak. Egy másik tanulmány a termoelektromos hűtést folyadékhűtéssel kombinálta, és kísérletek kimutatták, hogy ez a kombináció hatékonyan javíthatja a hűtőhatást.
