V primerjavi z zračnim hlajenjem je učinkovit hladilni sistem ključnega pomena za zagotavljanje delovanja baterije in varnosti pri razvoju vozil EV. Hladilna plošča, znana kot osrednja hladilna komponenta v sistemu za upravljanje toplote, igra ključno vlogo v hladilnem sistemu EV vozila. Ta članek obravnava izboljšanje toplotne prevodnosti hladnih plošč z optimizacijo zasnove, ki raziskuje strategije, kot so optimizacija postavitve in števila hladilnih kanalov, izbira materialov z visoko toplotno prevodnostjo, uporaba naprednih tehnologij površinske obdelave, optimizacija materialov termičnega vmesnika (TIM) in uporaba simulacije in analize modela za napovedno optimizacijo. Ti pristopi povečujejo učinkovitost hlajenja novih energetskih vozil in podaljšujejo življenjsko dobo baterije, kar povečuje varnost in zanesljivost vozila. Podrobno raziskovanje teh strategij ponuja globok tehnični vpogled v načrtovanje in optimizacijo hladilnih sistemov za EV vozila.
1. del: Ključne tehnologije tekoče hladilne plošče za odvajanje toplote
Del 1 A: Optimizacija večkanalne zasnove
Optimizacija postavitve kanala
Pri iskanju izboljšanih sistemov za upravljanje toplote v vozilih EV je optimizacija razporeditve hladilnih kanalov v hladilnikih ali ploščah za hlajenje s tekočino ključna strategija. Razporeditev hladilnih kanalov neposredno vpliva na pot toplotnega prevoda, kar posledično vpliva na toplotni upor in splošno učinkovitost izmenjave toplote hladilnega sistema. Med različnimi geometrijami kanalov – ravnimi, spiralnimi in razvejanimi – ima vsak edinstvene prednosti in vidike v smislu porazdelitve toplote, kompleksnosti izdelave in obnašanja dinamike tekočin.
-Hladne plošče z ravnim kanalom:
S svojo preprosto zasnovo in enostavnostjo izdelave se postavitev ravnih kanalov pogosto uporablja. Ta postavitev zagotavlja neposredno hladilno pot, ki omogoča hiter prehod hladilne tekočine skozi paket baterij, zaradi česar je primeren za pakete baterij, ki zahtevajo enakomerno odvajanje toplote in imajo relativno nizke toplotne obremenitve. V novih energetskih vozilih je postavitev ravnih kanalov še posebej primerna za kompaktne in preproste akumulatorske pakete, kot so tisti v majhnih električnih vozilih ali hibridnih avtomobilih, kjer je potrebno učinkovito odvajanje toplote, vendar sta prostor in cena omejena.
Na primer, Chevrolet Volt, razvrščen kot priključno hibridno električno vozilo (PHEV), je zasnova baterijskega paketa Chevrolet Volt, ki vključuje učinkovit hladilni mehanizem za vzdrževanje baterije v optimalnem delovnem stanju. Njegov hladilni sistem lahko uporablja ravne kanale za poenostavitev postopka hlajenja in zmanjšanje zasedenosti prostora za izboljšanje njegove toplotne učinkovitosti.
-Hladne plošče s spiralnimi kanali:
Spiralni kanali povečajo učinkovitost toplotne izmenjave s podaljšanjem pretočne poti hladilne tekočine in podaljšanjem kontaktnega časa med tekočino in stenami kanala. Ta oblika je še posebej primerna za aplikacije z visokimi toplotnimi obremenitvami ali tiste, ki zahtevajo učinkovito toplotno prevodnost. na primerspiralne kanalske hladne ploščedoseči tudi bolj enakomeren prenos toplote, kar zmanjša visoke toplotne obremenitve za odvajanje toplote EV vozil. Vendar lahko ta zasnova vodi do večjega pretočnega upora, zaradi česar so potrebne močnejše črpalke za vzdrževanje pretoka. Zato je izbira spiralnih kanalov primerna, ko sistem prenese večjo porabo energije in ima visoke zahteve glede učinkovitosti hlajenja.
- Hladne plošče z razvejanim kanalom:
Postavitev plošč za hladilno tekočino z razvejanim kanalom razdeli glavni kanal na več vej, kar omogoča enakomernejšo porazdelitev hladilne tekočine po različnih delih baterijskih paketov. Ta zasnova ustreza baterijskim paketom nepravilnih oblik ali neenakomerne porazdelitve toplotne obremenitve. Optimizira pretok hladilne tekočine, s čimer zagotovi, da so celo območja znotraj baterijskih paketov z večjo toplotno obremenitvijo primerno ohlajena. Postavitev razvejanega kanala je uporabna za aplikacije, ki zahtevajo visoko enakomernost temperature, na primer v velikih električnih vozilih in vrhunskih električnih športnih avtomobilih. Ti baterijski sklopi potrebujejo natančen nadzor temperature za vsako baterijsko celico, da zagotovijo optimalno delovanje in varnost.
Na primer, Porsche Taycan je visoko zmogljiv električni športni avtomobil, znan po izjemni vozni zmogljivosti in zmožnostih hitrega polnjenja. Za ohranitev zmogljivosti baterije in podaljšanje njene življenjske dobe lahko Taycan uporabi zapleteno zasnovo hladilnega sistema, vključno z razvejano razporeditvijo kanalov, da doseže enakomerno porazdelitev temperature znotraj baterijskih paketov.
Najpomembnejša prednost tega pristopa je, da izolira hladilno tekočino od baterijskih celic/modulov in tako odpravi morebitno varnostno nevarnost. Postavitev modula Taycana je razdeljena na zgornjo in spodnjo plast, zato je tudi njegov sistem za vodno hlajenje razdeljen na zgornjo in spodnjo plast, kar skupaj obsega 13 hladilnih vej. Vsaka veja cevnih hladnih plošč ima dve vzporedni cevi za vodno hlajenje z 10 vzporednimi pretočnimi kanali, velikost vsakega kanala pa je 3 mm * 2 mm; celotna hladilna cev ima debelino približno 4 mm in širino približno 35 mm.
Velikost kanala in strategija distribucije
Izbira velikosti kanala igra ključno vlogo pri načrtovanju tekočih hladilnih plošč za EV vozila, vpliva pa tudi na splošno delovanje sekundarnega hladilnega sistema. Tako velike kot majhne luknje v hladni plošči imajo svoje aplikacije, ki temeljijo na posebnih potrebah in zasnovi vozil EV.
-Hladne plošče z velikim kanalom:
Hladilne plošče z velikimi kanali se nanašajo na tiste s širšim notranjim premerom, ki segajo od 5 - 10 milimetrov in veljajo za učinkovito izbiro za izboljšanje pretoka tekočega hladilnega sredstva zaradi nizkega tlaka v pretoku. Ta oblika omogoča uporabo črpalke brez velike moči, s čimer se zmanjša poraba energije sistema. Postavitve velikih kanalov so primerne za nova energetska vozila z relativno enakomerno porazdelitvijo toplotne obremenitve in višjimi zahtevami glede energetske učinkovitosti. Na primer, električna vozila, namenjena za vožnjo po mestu, imajo morda raje velike zasnove kanalov, da dosežejo primerno učinkovitost hlajenja in nižjo porabo energije v primerjavi z visoko zmogljivo elektroniko.
V tistih električnih vozilih, kjer je toplotna obremenitev razmeroma enakomerno porazdeljena in obstaja velika zahteva po energetski učinkovitosti, so velikokanalne hladilne plošče še posebej primerne za komponente električnih vozil. Na primer, nekateri mestni avtobusi običajno uporabljajo zasnove z velikimi kanali, da dosežejo razumno učinkovitost hlajenja in manjšo porabo energije. Toda pri uporabi velike kanalske plošče za hlajenje tekočine je potrebno več prostora. To je razlog, zakaj v zasebnih EV vozilih redko vidimo velikokanalno hladilno ploščo za tekočino, ker se EV avtomobili med načrtovanjem pogosto bolj osredotočajo na izrabo prostora in splošno kompaktnost vozila, da bi zadovoljili potrebe potrošnikov po izkušnji vožnje.
-Hladne plošče z majhnimi kanali:
V nasprotju,majhne kanalske hladne plošče(Približno s premerom približno 5 milimetrov) lahko zagotovijo visoko raven učinkovitosti pri prenosu toplote za visoko zmogljive EV avtomobile in običajna zasebna EV vozila, ker povečajo površino med hladilno tekočino in stenami kanala za stik, s čimer pospešijo pretok hitrost notranjega hladilnega sredstva. Poleg tega majhne kanalske hladilne plošče zagotavljajo več pretočnih poti na njihovi montažni površini v omejenem prostoru, ki ga majhne ne zmorejo.
Poleg tega je treba upoštevati tudi idealno rešitev, pretok in cilje toplotnega upravljanja. Ti lahkokontaktirajte našega inženirjaza več tehničnih posvetov.
Del 1 B: Izbira in uporaba materiala
-Izbira primernih materialov:
Nobenega dvoma ni, da smo pri obravnavi izbrali aluminijasto hladno ploščo in bakreno toplotno cev za odvajanje toplote.toplotna prevodnost aluminija in bakrain stroški. Od februarja 2024 je cena bakra na tono $7,600,00 skupaj z $3500-4000 aluminijevo zlitino. Torej je stroškovno učinkovit način nakupa aluminija namesto bakrove zlitine.
Poleg tega je prostornina tudi ključna točka za proizvodnjo EV tekočih hladnih plošč. Kot je prikazano, 1 tona aluminijeve zlitine zavzema znatno večjo prostornino kot bakrova zlitina zaradi manjše gostote aluminija, kar pomeni, da je aluminij primeren material za izdelavo zgornje površine zaradi svoje lahke teže, baker pa za izdelavo toplotne cevi zaradi dobre toplotne učinkovitosti. Na primer, vemo, da paketi baterij Audi e-Tron tehtajo 5 kg, paketi litijevih baterij pa 700 kg, kar pomeni, da je plošča za tekoče hlajenje zavzemala le 0,7 % skupne teže. Če pa uporabite bakreno hladilno ploščo, ta zavzame več kot 2,5% celotne teže (približno 7,5 kg).
-Razmerje med zmogljivostjo toplotne prevodnosti in debelino materiala:
Debelina materiala vpliva na učinkovitost toplotnega izmenjevalnika. Debeli materiali lahko povzročijo povečano toplotno odpornost, medtem ko tanki morda niso dovolj mehansko močni in povzročijo resne težave, kot je toplotna penetracija.
Prvi graf kaže, da je očitno, da je mehanska trdnost grafena bistveno višja od mehanske trdnosti aluminija in bakra in se skoraj ne spreminja z debelino. Mehanska trdnost aluminija in bakra se nekoliko poveča z večanjem debeline. Drugi graf prikazuje razmerje med debelino materiala in toplotno odpornostjo. Toplotna upornost grafena je zelo nizka in nanjo debelina skoraj ne vpliva, medtem ko toplotna upornost aluminija in bakra narašča linearno s povečanjem debeline.
Tretji spodnji graf prikazuje kombinacijo mehanske trdnosti, debeline materiala in toplotne odpornosti. Vidimo lahko, da ima aluminijeva zlitina {{0}}.08m najboljšo natezno trdnost in nizko toplotno odpornost (0,36 stopinje W).
2. del: Tehnologija upravljanja toplote v tekočinsko hlajenih hladnih ploščah
2. del A: Tehnologije površinske obdelave
-Površinski premaz:
Toplotno prevodni premazi so specializirane površinske obdelave, namenjene izboljšanju učinkovitosti izmenjave toplote vodno hladilnih plošč. Ti premazi delujejo tako, da izboljšajo kakovost stika na termičnem vmesniku ali izboljšajo zmogljivosti toplotnega sevanja, običajno vključujejo materiale z visoko toplotno prevodnostjo, kot so srebro, baker in aluminij, ter nanomateriale, kot so ogljikove nanocevke (CNT) in grafen. Ne samo, da ti premazi izboljšajo toplotno učinkovitost, ampak nudijo tudi določeno stopnjo zaščite pred korozijo in obrabo, s čimer podaljšajo življenjsko dobo plošč za tekoče hlajenje.
-Površinska obdelava:
S površinsko obdelavo plošče za vodno hlajenje je mogoče povečati območje izmenjave toplote in s tem izboljšati učinkovitost prenosa toplote. Ta metoda poveča zmogljivost izmenjave toplote med tekočino in površino osnovne plošče s povečanjem hrapavosti površine. Na primer, kot je prikazano na sliki, lahko upognemo ploščo za hladilno tekočino, da zagotovimo, da hladilna tekočina prehaja skozi vse dele baterije, s čimer izboljšamo toplotno učinkovitost hladnih plošč. Kaixin Aluminium je namenjen zagotavljanju tekočih hladilnih plošč po meri in obdelavi aluminijastega hladilnega telesa kot vaše zahteve.
Kaixin Aluminium lahko zagotovi več površinskih obdelav za vašo aluminijasto hladno ploščo, na primer CNC obdelavo, eloksiranje, prašno lakiranje, krivljenje itd... Ali pa si oglejte naš blog "stroškovno učinkovita rešitev za prilagojeno aluminijasto hladilno telo in tekočo hladno ploščo" izvedeti, kako prihraniti denar pri izdelavi aluminijaste hladilne plošče in hladilnika.
Del 2 B: Optimizacija materiala toplotnega vmesnika (TIM):
-Izbira in uporaba materialov za toplotne vmesnike:
Materiali za toplotni vmesnik (TIM) so snovi, ki se uporabljajo med dvema površinama za izboljšanje toplotne prevodnosti. Uporabljajo se med dvema površinama za izboljšanje toplotne prevodnosti. Običajne vrste TIM-jev vključujejo termalne paste, blazinice, trakove in tekoče kovine, od katerih je vsaka primerna za različne aplikacije glede na njihovo toplotno prevodnost, enostavnost nanašanja in vzdržljivost.
2. del C: Simulacija in analiza modela-Uporaba CFD in programske opreme za toplotno simulacijo:
Z uporabo računalniške dinamike tekočin (CFD) in programske opreme za toplotno simulacijo lahko učinkovito predvidi in optimizira učinkovitost toplotne prevodnosti prilagojenih hladnih plošč, kar pomeni, da lahko oblikovalec analizira celoten hladilni sistem, kot je kroženje hladilne tekočine, razporeditev toplote viri, toplotni mostovi ali območja z visoko toplotno odpornostjo, kar omogoča izboljšano zasnovo pred masovno proizvodnjo.
Ko izvajate simulacije s CFD, morate inženirju Kaixin Aluminium zagotoviti podrobne specifikacije vašega hladilnega sistema. To vključuje podatke o geometriji plošče za vodno hlajenje in njenih komponent, lastnosti materiala (toplotna prevodnost, gostota, specifična toplota), robne pogoje (kot so vstopne in izstopne temperature ter pretok) in podatke o nastajanju toplote iz toplotnih virov. Poleg tega je lahko zelo koristno določiti svoje specifične cilje ali merila uspešnosti za simulacijo.Obrnite se na tehnične inženirje podjetja Kaixin Aluminiumin z veseljem vam nudimo idealno rešitev za hladne plošče po meri.