U poređenju sa vazdušnim hlađenjem, efikasan sistem hlađenja je ključan za osiguranje performansi baterije i sigurnost u razvoju EV vozila. Poznata kao glavna komponenta hlađenja unutar sistema upravljanja toplinom, hladna ploča igra vitalnu ulogu u sistemu hlađenja EV vozila. Ovaj članak se bavi poboljšanjem toplotne provodljivosti hladnih ploča kroz optimizaciju dizajna, koji istražuje strategije kao što su optimizacija rasporeda i broja kanala za hlađenje, odabir materijala sa visokom toplotnom provodljivošću, primena naprednih tehnologija površinske obrade, optimizacija materijala za termičko interfejs (TIM) i korištenjem simulacije i analize modela za prediktivnu optimizaciju. Ovi pristupi povećavaju efikasnost hlađenja novih energetskih vozila i produžavaju vijek trajanja baterije, povećavajući sigurnost i pouzdanost vozila. Detaljno istraživanje ovih strategija nudi duboke tehničke uvide u projektovanje i optimizaciju sistema hlađenja za EV vozila.
Dio 1: Ključne tehnologije ploče za hlađenje tekućinom za odvođenje topline
Dio 1 A: Optimizacija višekanalnog dizajna
Optimizacija rasporeda kanala
U potrazi za poboljšanim sistemima upravljanja toplotom u EV vozilima, optimizacija rasporeda kanala za hlađenje unutar hladnjaka ili ploča za hlađenje tečnosti predstavlja ključnu strategiju. Raspored kanala za hlađenje direktno utiče na put toplotne provodljivosti, a zatim utiče na toplotni otpor i ukupnu efikasnost razmene toplote rashladnog sistema. Među različitim geometrijama kanala – ravnim, spiralnim i razgranatim – svaka predstavlja jedinstvene prednosti i razmatranja u pogledu distribucije toplote, složenosti proizvodnje i ponašanja u dinamici fluida.
- Hladne ploče ravnog kanala:
Sa svojim jednostavnim dizajnom i lakoćom proizvodnje, raspored ravnih kanala se široko koristi. Ovaj raspored pruža direktan put hlađenja, omogućavajući rashladnom fluidu da brzo prođe kroz baterijski paket, što ga čini pogodnim za baterijske pakete koji zahtijevaju ravnomjerno odvođenje topline i imaju relativno niska toplinska opterećenja. U novim energetskim vozilima, raspored ravnih kanala posebno je prikladan za kompaktne i jednostavne baterije, kao što su oni u malim električnim vozilima ili hibridnim automobilima, gdje je potrebno efikasno odvođenje topline, ali su prostor i troškovi ograničeni.
Na primjer, Chevrolet Volt klasifikovan kao Plug-in hibridno električno vozilo (PHEV), dizajn je Chevrolet Voltovog paketa baterija koji uključuje efikasan mehanizam za hlađenje za održavanje baterije u optimalnom radnom stanju. Njegov sistem za hlađenje može koristiti ravne kanale kako bi pojednostavio proces hlađenja i minimizirao zauzetost prostora kako bi poboljšao svoje termalne performanse.
-Spiralni kanali Hladne ploče:
Spiralni kanali poboljšavaju efikasnost toplotne razmene produžavajući put rashladnog sredstva i povećavajući vreme kontakta između fluida i zidova kanala. Ovaj dizajn je posebno pogodan za aplikacije sa visokim toplotnim opterećenjem ili one koje zahtevaju efikasnu toplotnu provodljivost. Na primjer,spiralne kanalne hladne pločetakođe postiže ujednačeniji prenos toplote, smanjujući visoka toplotna opterećenja za rasipanje toplote EV vozila. Međutim, ovaj dizajn može dovesti do većeg otpora protoka, zbog čega su potrebne jače pumpe za održavanje protoka. Stoga je odabir spiralnih kanala prikladan kada sistem može tolerirati veću potrošnju energije i ima visoke zahtjeve za efikasnošću hlađenja.
- Hladne ploče s razgranatim kanalom:
Raspored ploča za tečno hlađenje sa razgranatim kanalom deli glavni kanal na više grana, omogućavajući rashladnoj tečnosti da se ravnomernije rasporedi po različitim delovima paketa baterija. Ovaj dizajn odgovara baterijama nepravilnih oblika ili neravnomjerne raspodjele toplinskog opterećenja. Optimizira protok rashladne tekućine, osiguravajući da čak i područja unutar paketa baterija s većim toplinskim opterećenjem dobiju adekvatno hlađenje. Raspored razgranatog kanala primjenjiv je za aplikacije koje zahtijevaju visoku ujednačenost temperature, kao što su velika električna vozila i vrhunski električni sportski automobili. Ovim baterijama je potrebna precizna kontrola temperature za svaku baterijsku ćeliju kako bi se osigurale optimalne performanse i sigurnost.
Na primjer, Porsche Taycan je električni sportski automobil visokih performansi, poznat po svojim izuzetnim performansama u vožnji i mogućnostima brzog punjenja. Da bi održao performanse baterije i produžio njen životni vek, Taycan može koristiti složen dizajn sistema hlađenja, uključujući raspored razgranatih kanala, kako bi se postigla ujednačena distribucija temperature unutar paketa baterija.
Najznačajnija prednost ovog pristupa je da izoluje rashladnu tečnost od ćelija/modula baterije, eliminišući potencijalnu opasnost po bezbednost. Taycan-ov raspored modula je podijeljen na gornji i donji sloj, tako da je i njegov sistem vodenog hlađenja podijeljen na gornji i donji sloj, ukupno 13 rashladnih grana. Svaka grana hladnih ploča ima dvije paralelne cijevi za hlađenje vode sa 10 paralelnih kanala protoka, a veličina svakog kanala je 3mm*2mm; cijela rashladna cijev ima debljinu od oko 4mm i širinu od oko 35mm.
Veličina kanala i strategija distribucije
Izbor veličine kanala igra ključnu ulogu u dizajnu tečnih hladnih ploča za EV vozila, takođe utiče na ukupne performanse sekundarnog sistema hlađenja. I velike i male rupe u hladnoj ploči imaju svoju primjenu na osnovu specifičnih potreba i dizajna EV vozila.
- velike kanalske hladne ploče:
Hladne ploče velikih kanala odnose se na one sa širim unutrašnjim prečnikom, u rasponu od 5 - 10 milimetara, koje se smatraju efikasnim izborom za poboljšanje performansi protoka tečnog rashladnog sredstva zbog njihovog niskog pritiska u brzini protoka. Ovaj dizajn omogućava upotrebu pumpe bez velike snage, čime se smanjuje potrošnja energije sistema. Raspored velikih kanala pogodan je za vozila nove energije sa relativno ujednačenom raspodelom toplotnog opterećenja i višim zahtevima energetske efikasnosti. Na primjer, EV vozila namijenjena gradskim putovanjima mogu preferirati dizajn velikih kanala kako bi postigli razumnu efikasnost hlađenja i manju potrošnju energije prema elektronici velike snage.
U onim EV vozilima gdje je toplotno opterećenje relativno ravnomjerno raspoređeno i postoji velika potražnja za energetskom efikasnošću, rashladne ploče velikog kanala su posebno pogodne za komponente EV. Na primjer, neki gradski autobusi imaju tendenciju da koriste dizajn velikih kanala kako bi postigli razumnu efikasnost hlađenja i manju potrošnju energije. Ali, potrebno je više prostora kada se koristi hladna ploča s velikim kanalom. To je razlog zašto rijetko viđamo rashladnu ploču velikog kanala u privatnim EV vozilima jer se EV automobili često više fokusiraju na korištenje prostora i ukupnu kompaktnost vozila tokom dizajna kako bi zadovoljili potrebe potrošača za iskustvom vožnje.
-Hladne ploče za male kanale:
U kontrastu,male kanalne hladne ploče(otprilike promjera od oko 5 milimetara) može pružiti visok nivo efikasnosti u prijenosu topline za EV automobile visokih performansi i uobičajena privatna EV vozila jer povećavaju površinu između rashladne tekućine i zidova kanala za kontakt, čime se ubrzava protok brzina unutrašnjeg rashladnog sredstva. Štaviše, hladne ploče malih kanala pružaju više puteva protoka na svojoj montažnoj površini unutar ograničenog prostora koji mali ne mogu napraviti.
Osim toga, potrebno je uzeti u obzir idealno rješenje, brzinu protoka i ciljeve upravljanja toplinom. Možeškontaktirajte našeg inženjeraza dodatne tehničke konsultacije.
Dio 1 B: Izbor materijala i primjena
-Odabir odgovarajućih materijala:
Nema sumnje da smo odabrali aluminijsku hladnu ploču i bakrenu toplinsku cijev za odvođenje topline kada smo razmatralitoplotna provodljivost aluminijuma i bakrai trošak. Od februara 2024., cijena bakra po toni iznosi 7,600,00 USD zajedno sa 3500-4000 aluminijumskom legurom. Dakle, to je isplativ način kupovine aluminijuma umesto legure bakra.
Plus, zapremina je takođe ključna tačka za proizvodnju EV tečnih hladnih ploča. Kao što je ilustrovano, 1 tona legure aluminijuma zauzima znatno veći volumen od legure bakra zbog manje gustine aluminijuma, što znači da je aluminijum pogodan materijal za proizvodnju gornje površine zbog svoje male težine, a bakar za proizvodnju toplotnih cevi zbog svojih dobrih termičkih performansi. Na primjer, znamo da su baterije Audi e-Tron-a teške 5 kg i 700 kg litijumskih baterija, što znači da je ploča za hlađenje tekućinom zauzimala samo 0,7% ukupne težine. Ali ako koristite bakrenu hladnu ploču, ona zauzima preko 2,5% ukupne težine (otprilike 7,5 kg).
-Odnos između performansi toplotne provodljivosti i debljine materijala:
Debljina materijala utiče na efikasnost izmenjivača toplote. Debeli materijali mogu dovesti do povećane toplinske otpornosti, dok tanki možda neće biti dovoljno mehanički jaki i onda uzrokovati ozbiljne probleme kao što je prodiranje topline.
Prvi grafikon pokazuje da je evidentno da je mehanička čvrstoća grafena znatno veća od mehaničke čvrstoće aluminijuma i bakra i da se gotovo ne menja sa debljinom. Mehanička čvrstoća aluminijuma i bakra neznatno se povećava sa povećanjem debljine. Drugi grafikon pokazuje odnos između debljine materijala i toplinske otpornosti. Termička otpornost grafena je vrlo niska i na nju gotovo ne utiče debljina, dok toplotna otpornost aluminijuma i bakra raste linearno sa povećanjem debljine.
Treći grafikon prikazan ispod prikazuje kombinaciju mehaničke čvrstoće, debljine materijala i toplinske otpornosti. Vidimo da legura aluminijuma {{0}}.08m ima najbolju zateznu čvrstoću i nisku toplotnu otpornost (0,36 stepeni W).
Dio 2: Tehnologija upravljanja toplinom u hladnim pločama hlađenim tekućinom
Dio 2 A: Tehnologije obrade površine
-površinski premaz:
Toplotno provodljivi premazi su specijalizovani površinski tretmani dizajnirani da poboljšaju efikasnost razmene toplote ploča za hlađenje vodom. Ovi premazi rade tako što poboljšavaju kvalitetu kontakta na termalnom interfejsu ili poboljšavaju sposobnost toplotnog zračenja, obično uključuju materijale visoke toplotne provodljivosti kao što su srebro, bakar i aluminijum, kao i nanomaterijale poput ugljeničnih nanocevi (CNT) i grafena. Ne samo da ovi premazi poboljšavaju termičku efikasnost, već nude i određeni stepen zaštite od korozije i habanja, čime se produžava vijek trajanja ploča za hlađenje tekućinom.
-površinska obrada:
Kroz površinsku obradu ploče za hlađenje vodom, površina izmjene topline može se povećati, čime se poboljšava efikasnost prijenosa topline. Ova metoda povećava kapacitet izmjene topline između fluida i površine osnovne ploče povećanjem hrapavosti površine. Na primjer, kao što je prikazano na slici, možemo savijati ploču za hlađenje tekućine kako bismo osigurali da rashladna tekućina prolazi kroz svaki dio baterije, čime se poboljšavaju toplinske performanse hladnih ploča. Kaixin Aluminium je posvećen pružanju prilagođenih ploča za tečno hlađenje i obrade aluminijskih hladnjaka prema vašim zahtjevima.
Kaixin Aluminium može pružiti nekoliko površinskih obrada za vašu aluminijsku hladnu ploču, na primjer, CNC obrada, eloksiranje, premazivanje prahom, savijanje, itd... Ili, pogledajte naš blog "isplativo rešenje za prilagođavanje aluminijumskog hladnjaka i tečne hladne ploče" da naučite kako uštedjeti novac u proizvodnji aluminijske hladne ploče i hladnjaka.
Dio 2 B: Optimizacija materijala termičkog sučelja (TIM):
-Odabir i primjena materijala za termičko sučelje:
Termalni materijali sučelja (TIM) su tvari koje se koriste između dvije površine za poboljšanje toplinske provodljivosti. Koriste se između dvije površine za poboljšanje toplinske provodljivosti. Uobičajeni tipovi TIM-a uključuju termalne paste, jastučiće, trake i tekuće metale, a svaki je pogodan za različite primjene na osnovu njihove toplinske provodljivosti, lakoće primjene i izdržljivosti.
Dio 2 C: Simulacija i analiza modela-Primjena softvera za CFD i termičku simulaciju:
Može efikasno predvideti i optimizovati efikasnost toplotne provodljivosti prilagođenih hladnih ploča korišćenjem računarske dinamike fluida (CFD) i softvera za termičku simulaciju, što znači da dizajner može analizirati ceo sistem hlađenja kao što je cirkulacija rashladne tečnosti, raspored toplote izvora, toplotnih mostova ili područja sa visokom toplotnom otpornošću, što omogućava poboljšani dizajn pre masovne proizvodnje.
Kada provodite simulacije sa CFD-om, trebate dati detaljne specifikacije vašeg rashladnog sistema za Kaixin Aluminium inženjera. Ovo uključuje geometrijske podatke ploče za hlađenje vodom i njenih komponenti, svojstva materijala (toplotna provodljivost, gustina, specifična toplota), granične uslove (kao što su temperature na ulazu i izlazu, i brzina protoka) i podatke o stvaranju toplote iz izvora toplote. Osim toga, određivanje vaših specifičnih ciljeva ili kriterija učinka za simulaciju može biti vrlo korisno.Kontaktirajte tehničke inženjere kompanije Kaixin Aluminiumi sa zadovoljstvom Vam možemo ponuditi idealno rešenje za hladne tanjire po meri.