Varmastjórnunartækni
Hitastjórnun rafhlöðu
Hitastjórnun rafhlöðu er lykilþáttur í hitastjórnunarkerfi rafbíla. Meginmarkmið þess er að tryggja að rafhlöðupakkinn haldi hæfilegu vinnsluhitastigi við mismunandi rekstrarskilyrði til að tryggja afköst rafhlöðunnar, öryggi og endingartíma. Hitastjórnun rafhlöðu felur aðallega í sér tvo þætti: hitaleiðni og upphitun. Eftirfarandi mun útskýra mismunandi tæknilegar leiðir til að ná þessum tveimur aðgerðum.
1. Rafhlaða hitaleiðni
1) Loftkæling. Loftkæling er tiltölulega einföld og ódýr hitaleiðniaðferð. Það fjarlægir hitann sem myndast af rafhlöðunni með náttúrulegri varmingu eða með því að setja upp viftu til að þvinga loftflæði. Loftkælikerfið byggir aðallega á hitavaskinum á yfirborði rafhlöðupakkans fyrir hitaskipti, sem er hentugur fyrir aðstæður þar sem kröfur um litla aflþéttleika eða miðlungshitastig. Hins vegar, vegna lítillar sérvarmagetu lofts, er skilvirkni varmaskipta tiltölulega takmörkuð og hröð kælingargeta fyrir rafhlöður með mikla orku og orkuþéttleika er veik.
2) Vökvakæling. Vökvakælilausnin notar kælivökva (eins og vatn, etýlen glýkóllausn osfrv.) sem hitaflutningsmiðil, sem er í beinni snertingu við rafhlöðuna í gegnum hringrásarpípu til að ná fram skilvirkri hitaleiðni. Vökvakælikerfið getur nákvæmlega stjórnað hitastigi rafhlöðunnar, sérstaklega fyrir afkastamikil rafknúin farartæki. Þó að það komi í veg fyrir að rafhlaðan ofhitni, tryggir það að hitastig rafhlöðunnar dreifist jafnt og bætir þannig endingu rafhlöðunnar og heildarafköst. Hins vegar hefur fljótandi kæling ákveðnar takmarkanir. Vökvakælikerfið er flóknara, það er hætta á vökvaleka, það eru ákveðnar kröfur um tæringarþol efnisins og viðhaldskostnaður eykst.
3) Phase Change Material (PCM) hitaleiðni. Fasabreytingarefni geta tekið til sín mikið magn af duldum hita meðan á fasabreytinguferlinu fast-vökva stendur og þannig náð góðum hitaleiðniáhrifum. Þegar það er notað á hitauppstreymi rafhlöðunnar er hægt að vefja PCM utan um rafhlöðuna eða fella inn í rafhlöðueininguna til að gleypa hita þegar hitastig rafhlöðunnar hækkar, sem gegnir hlutverki í hægum hitalosun. Kosturinn við PCM hitaleiðni er stöðug hitaeinkenni þess, sem kemur í veg fyrir að hitastig rafhlöðunnar hækki skyndilega, en ókostirnir eru einnig tiltölulega augljósir. Hitaleiðni þess er tiltölulega léleg, svörunarhraði er hægur og efniskostnaður er hár.
4) Hitapípa hitaleiðni. Hitapípur geta flutt hita með því að nota fasabreytingarferli vinnuvökvans án ytri orkuinntaks til að ná fram skilvirkri hitaleiðni. Í hitauppstreymi rafhlöðuforrita geta hitarör fljótt flutt hita frá staðbundnum heitum reitum og bætt hitastigssamkvæmni alls rafhlöðupakkans. Hitapípur hafa kosti mikillar varmaflutningsskilvirkni, lítillar stærðar og léttrar þyngdar, en uppbygging þeirra er flókin, framleiðslukostnaður er tiltölulega hár og huga ætti að því að hanna viðeigandi þéttingarenda til að tryggja skilvirkni hitaleiðni.
5) Bein kæling hitaleiðni. Bein kæling vísar aðallega til kælimiðilsins (venjulega fljótandi) sem flæðir beint í gegnum rafhlöðueininguna eða rafhlöðuklefann til að stjórna rekstrarhita rafhlöðunnar á áhrifaríkan hátt. Þessi hönnun gerir rafhlöðuyfirborðinu kleift að dreifa hita hratt, sem er sérstaklega hentugur fyrir háan hita og mikla orkuþörf. Bein kæling hefur hins vegar mjög miklar kröfur um þéttingu og þegar kælivökvinn lekur getur það valdið alvarlegum öryggisáhættum.
2. Rafhlaða hitun
1) PTC upphitun. Jákvæð hitastuðullinn (PTC) hitari byggir á jákvæðu hitastuðulláhrifum, það er að viðnámið eykst með hækkun hitastigs. Þess vegna getur það veitt stöðuga hitaafköst í lághitaumhverfi en takmarkar sjálfkrafa eigin hitastig frá því að vera of hátt. PTC hitun er mikið notuð í rafknúnum ökutækjum til þæginda, svo sem upphitun í sætum og aukahitun á loftræstikerfi ökutækja. Vegna sjálfstýrandi eiginleika þess getur það veitt stöðug og skilvirk hitunaráhrif en forðast vandamál af völdum ofhitnunar. Það er skilvirk upphitunartækni. Hins vegar er PTC upphitun rafhitun, sem mun auka heildarorkunotkun rafknúinna ökutækja og draga úr drægni.
2) Upphitun varmadælu. Varmadæla loftræstikerfið gleypir lághitahita frá ytra umhverfi í gegnum öfuga Carnot hringrásina og flytur hann til rafhlöðunnar og farþegarýmisins í gegnum ferlið við að þjappa saman og losa varma. Í samanburði við hefðbundnar PTC upphitunaraðferðir eru varmadælur orkusparnari í lághitaumhverfi og hjálpa til við að viðhalda frammistöðu ökutækja. Hins vegar er hönnun og rekstur varmadælukerfa flóknari, sérstaklega við mjög lágt hitastig, þar sem afköst þeirra munu minnka. Af þessum sökum hafa sumar rannsóknir lagt til nýstárlega tækni eins og loftinnspýtingu og varmadælur með tvöfaldri uppsprettu til að hámarka afköst varmadælunnar við lágt umhverfishitastig.
