U usporedbi sa zračnim hlađenjem, učinkovit sustav hlađenja ključan je za osiguravanje performansi baterije i sigurnosti u razvoju EV vozila. Poznata kao središnja rashladna komponenta unutar sustava upravljanja toplinom, hladna ploča igra vitalnu ulogu u sustavu hlađenja EV vozila. Ovaj se članak bavi povećanjem toplinske vodljivosti hladnih ploča optimizacijom dizajna, koji istražuje strategije poput optimizacije rasporeda i broja rashladnih kanala, odabira materijala s visokom toplinskom vodljivošću, primjene naprednih tehnologija površinske obrade, optimizacije materijala toplinskog sučelja (TIM) i korištenje simulacije i analize modela za prediktivnu optimizaciju. Ovi pristupi povećavaju učinkovitost hlađenja novih energetskih vozila i produljuju vijek trajanja baterije, povećavajući sigurnost i pouzdanost vozila. Detaljno istraživanje ovih strategija nudi duboke tehničke uvide u projektiranje i optimizaciju rashladnih sustava za EV vozila.
Dio 1: Ključne tehnologije ploče za hlađenje tekućinom za odvođenje topline
Dio 1 A: Optimizacija višekanalnog dizajna
Optimizacija izgleda kanala
U potrazi za poboljšanim sustavima upravljanja toplinom u EV vozilima, optimizacija rasporeda rashladnih kanala unutar hladnjaka ili ploča za tekuće hlađenje predstavlja ključnu strategiju. Raspored rashladnih kanala izravno utječe na put toplinske vodljivosti, posljedično utječući na toplinski otpor i ukupnu učinkovitost izmjene topline rashladnog sustava. Među različitim geometrijama kanala - ravnih, spiralnih i razgranatih - svaki predstavlja jedinstvene prednosti i razmatranja u smislu distribucije topline, složenosti proizvodnje i ponašanja dinamike fluida.
-Hladne ploče s ravnim kanalom:
Sa svojim jednostavnim dizajnom i lakoćom proizvodnje, raspored ravnih kanala naširoko se koristi. Ovaj raspored pruža izravan put hlađenja, dopuštajući rashladnoj tekućini da brzo prođe kroz paket baterija, što ga čini prikladnim za pakete baterija koji zahtijevaju jednoliku disipaciju topline i imaju relativno niska toplinska opterećenja. U novim energetskim vozilima, raspored ravnih kanala posebno je prikladan za kompaktne i jednostavne pakete baterija, poput onih u malim električnim vozilima ili hibridnim automobilima, gdje je potrebno učinkovito odvođenje topline, ali su prostor i cijena ograničeni.
Na primjer, Chevrolet Volt klasificiran kao Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV), dizajn je baterije Chevrolet Volta koji uključuje učinkovit mehanizam hlađenja za održavanje baterije u optimalnom radnom stanju. Njegov rashladni sustav može koristiti ravne kanale za pojednostavljenje procesa hlađenja i minimaliziranje zauzetosti prostora radi poboljšanja toplinskih performansi.
-Hladne ploče sa spiralnim kanalima:
Spiralni kanali povećavaju učinkovitost toplinske izmjene produžujući put protoka rashladne tekućine i povećavajući vrijeme kontakta između tekućine i stijenki kanala. Ovaj dizajn je posebno prikladan za primjene s visokim toplinskim opterećenjima ili one koje zahtijevaju učinkovito provođenje topline. Na primjer,spiralne kanalne hladne pločetakođer postići ujednačeniji prijenos topline, smanjujući velika toplinska opterećenja za rasipanje topline EV vozila. Međutim, ovaj dizajn može dovesti do većeg otpora protoku, što zahtijeva jače pumpe za održavanje protoka. Stoga je odabir spiralnih kanala primjeren kada sustav može tolerirati veću potrošnju energije i ima visoke zahtjeve za učinkovitošću hlađenja.
- Hladne ploče s razgranatim kanalom:
Raspored ploča za hlađenje tekućinom s razgranatim kanalima dijeli glavni kanal na više grana, omogućujući ravnomjerniju raspodjelu rashladne tekućine po različitim dijelovima baterijskih paketa. Ovaj dizajn odgovara baterijskim paketima nepravilnog oblika ili neravnomjerne raspodjele toplinskog opterećenja. Optimizira protok rashladne tekućine, osiguravajući da čak i područja unutar baterijskih paketa s većim toplinskim opterećenjem dobiju odgovarajuće hlađenje. Razgranati raspored kanala primjenjiv je za primjene koje zahtijevaju visoku ujednačenost temperature, kao što su velika električna vozila i vrhunski električni sportski automobili. Ovi paketi baterija trebaju preciznu kontrolu temperature za svaku baterijsku ćeliju kako bi se osigurala optimalna izvedba i sigurnost.
Na primjer, Porsche Taycan je električni sportski automobil visokih performansi, poznat po svojim iznimnim voznim performansama i mogućnostima brzog punjenja. Kako bi održao performanse baterije i produžio njezin životni vijek, Taycan može koristiti složeni dizajn sustava hlađenja, uključujući raspored razgranatih kanala, kako bi se postigla ravnomjerna raspodjela temperature unutar paketa baterija.
Najznačajnija prednost ovog pristupa je da izolira rashladnu tekućinu od baterijskih ćelija/modula, eliminirajući potencijalnu sigurnosnu opasnost. Raspored modula Taycana podijeljen je na gornje i donje slojeve, tako da je njegov sustav vodenog hlađenja također podijeljen na gornji i donji sloj, ukupno 13 rashladnih grana. Svaka cijevna grana za hladne ploče ima dvije paralelne cijevi za vodeno hlađenje s 10 paralelnih kanala protoka, a veličina svakog kanala je 3 mm * 2 mm; cijela rashladna cijev ima debljinu od oko 4 mm i širinu od oko 35 mm.
Veličina kanala i strategija distribucije
Odabir veličine kanala igra ključnu ulogu u dizajnu tekućih hladnih ploča za EV vozila, također utječući na ukupnu izvedbu sekundarnog rashladnog sustava. I velike i male rupe u hladnoj ploči imaju svoju primjenu temeljenu na specifičnim potrebama i dizajnu EV vozila.
-Hladne ploče s velikim kanalima:
Hladne ploče s velikim kanalima odnose se na one sa širim unutarnjim promjerom, u rasponu od 5 - 10 milimetara, koje se smatraju učinkovitim izborom za poboljšanje performansi protoka tekuće rashladne tekućine zbog niskog tlaka u brzini protoka. Ovaj dizajn omogućuje korištenje crpke bez velike snage, čime se smanjuje potrošnja energije sustava. Rasporedi velikih kanala prikladni su za nova energetska vozila s relativno ravnomjernom raspodjelom toplinskog opterećenja i višim zahtjevima energetske učinkovitosti. Na primjer, EV vozila namijenjena gradskom prijevozu na posao možda će preferirati dizajn velikih kanala kako bi se postigla razumna učinkovitost hlađenja i manja potrošnja energije prema elektronici velike snage.
U onim EV vozilima gdje je toplinsko opterećenje relativno ravnomjerno raspoređeno i postoji veliki zahtjev za energetskom učinkovitošću, rashladne ploče s velikim kanalima posebno su prikladne za EV komponente. Na primjer, neki gradski autobusi imaju tendenciju koristiti dizajne velikih kanala kako bi postigli razumnu učinkovitost hlađenja i nižu potrošnju energije. No, potrebno je više prostora kada se koristi hladna ploča za tekućinu s velikim kanalom. To je razlog zašto rijetko vidimo rashladnu ploču s velikim kanalima tekućine u privatnim EV vozilima jer se EV automobili često više fokusiraju na iskorištenost prostora i ukupnu kompaktnost vozila tijekom projektiranja kako bi zadovoljili potrebe potrošača za iskustvom u vožnji.
-Hladne ploče s malim kanalima:
U kontrastu,male kanalne hladne ploče(Otprilike promjera od oko 5 milimetara) može pružiti visoku razinu učinkovitosti prijenosa topline za EV automobile visokih performansi i uobičajena privatna EV vozila jer povećavaju površinu između rashladne tekućine i stijenki kanala za kontakt, čime se ubrzava protok brzina unutarnjeg rashladnog sredstva. Štoviše, male kanalne hladne ploče pružaju više putanja protoka na svojoj površini za ugradnju unutar ograničenog prostora koji male ne mogu napraviti.
Osim toga, također je potrebno razmotriti idealno rješenje, brzinu protoka i ciljeve upravljanja toplinom. Možeškontaktirajte našeg inženjeraza dodatne tehničke konzultacije.
Dio 1 B: Odabir i primjena materijala
-Odabir prikladnih materijala:
Nema sumnje da smo odabrali aluminijsku hladnu ploču i bakrenu toplinsku cijev za odvođenje topline kada smo razmatralitoplinska vodljivost aluminija i bakrai trošak. Od veljače 2024. cijena bakra po toni iznosi $7,600.00 zajedno s $3500-4000 aluminijskom legurom. Dakle, to je isplativ način za kupnju aluminija umjesto legure bakra.
Osim toga, volumen je također ključna točka za proizvodnju EV tekućih hladnih ploča. Kao što je ilustrirano, 1 tona aluminijske legure zauzima znatno veći volumen od bakrene legure zbog niske gustoće aluminija, što znači da je aluminij prikladan materijal za proizvodnju gornje površine zbog svoje male težine, a bakar za proizvodnju toplinske cijevi zbog svoje dobre toplinske izvedbe. Na primjer, znamo da paketi baterija Audija e-Tron teže 5 kg, a paketi litijevih baterija 700 kg, što znači da ploča za tekuće hlađenje zauzima samo 0,7% ukupne težine. Ali ako koristite bakrenu hladnu ploču, ona zauzima više od 2,5% ukupne težine (otprilike 7,5 kg).
- Odnos između performansi toplinske vodljivosti i debljine materijala:
Debljina materijala utječe na učinkovitost izmjenjivača topline. Debeli materijali mogu rezultirati povećanom toplinskom otpornošću, dok tanki možda nisu dovoljno mehanički čvrsti i tada uzrokuju ozbiljne probleme kao što je toplinska penetracija.
Prvi grafikon pokazuje da je vidljivo da je mehanička čvrstoća grafena znatno veća od čvrstoće aluminija i bakra, te se gotovo ne mijenja s debljinom. Mehanička čvrstoća aluminija i bakra lagano raste s povećanjem debljine. Drugi grafikon prikazuje odnos između debljine materijala i toplinskog otpora. Toplinska otpornost grafena je vrlo niska i na nju gotovo ne utječe debljina, dok toplinska otpornost aluminija i bakra raste linearno s povećanjem debljine.
Treći grafikon prikazan u nastavku prikazuje kombinaciju mehaničke čvrstoće, debljine materijala i toplinske otpornosti. Vidimo da aluminijska legura {{0}}.08m ima najbolju vlačnu čvrstoću i nisku toplinsku otpornost (0,36 stupnjeva W).
Dio 2: Tehnologija upravljanja toplinom u hladnim pločama hlađenim tekućinom
Dio 2 A: Tehnologije površinske obrade
-Površinski premaz:
Toplinski vodljivi premazi su specijalizirani površinski tretmani dizajnirani za povećanje učinkovitosti izmjene topline ploča za vodeno hlađenje. Ovi premazi rade tako što poboljšavaju kvalitetu kontakta na toplinskom sučelju ili povećavaju mogućnosti toplinskog zračenja, obično uključuju materijale visoke toplinske vodljivosti kao što su srebro, bakar i aluminij, kao i nanomaterijale poput ugljikovih nanocijevi (CNT) i grafena. Ne samo da ti premazi poboljšavaju toplinsku učinkovitost, već također nude određeni stupanj zaštite od korozije i habanja, čime se produljuje životni vijek ploča za tekuće hlađenje.
-Površinska obrada:
Kroz površinsku obradu ploče za hlađenje vodom, područje izmjene topline može se povećati, čime se poboljšava učinkovitost prijenosa topline. Ova metoda povećava kapacitet izmjene topline između tekućine i površine osnovne ploče povećanjem hrapavosti površine. Na primjer, kao što je prikazano na slici, možemo saviti ploču za hlađenje tekućinom kako bismo osigurali da rashladna tekućina prolazi kroz svaki dio baterije, čime se poboljšava toplinska izvedba hladnih ploča. Kaixin Aluminium posvećen je pružanju prilagođenih ploča za tekuće hlađenje i strojne obrade aluminijskog 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 "troškovno učinkovito rješenje za prilagođeni aluminijski hladnjak i hladnu ploču za tekućinu" naučiti kako uštedjeti novac u proizvodnji aluminijske ploče za hlađenje i hladnjaka.
Dio 2 B: Optimizacija materijala toplinskog sučelja (TIM):
-Odabir i primjena materijala za toplinsko sučelje:
Materijali za toplinsko sučelje (TIM) su tvari koje se koriste između dviju površina za poboljšanje toplinske vodljivosti. Koriste se između dvije površine za poboljšanje toplinske vodljivosti. Uobičajene vrste TIM-a uključuju termalne paste, jastučiće, trake i tekuće metale, od kojih je svaki prikladan za različite primjene na temelju svoje toplinske vodljivosti, lakoće primjene i trajnosti.
Dio 2 C: Simulacija i analiza modela-Primjena CFD i softvera za toplinsku simulaciju:
Može učinkovito predvidjeti i optimizirati učinkovitost toplinske vodljivosti prilagođenih hladnih ploča korištenjem računalne dinamike fluida (CFD) i softvera za toplinsku simulaciju, što znači da dizajner može analizirati cijeli rashladni sustav kao što je cirkulacija rashladnog sredstva, raspored topline izvora, toplinskih mostova ili područja s visokim toplinskim otporom, što omogućuje poboljšani dizajn prije masovne proizvodnje.
Kada provodite simulacije s CFD-om, morate pružiti detaljne specifikacije vašeg rashladnog sustava za Kaixin Aluminium inženjera. To uključuje podatke o geometriji vodeno rashladne ploče i njenih komponenti, svojstva materijala (toplinska vodljivost, gustoća, specifična toplina), granične uvjete (kao što su ulazne i izlazne temperature i brzina protoka) i podatke o stvaranju topline iz izvora topline. Osim toga, određivanje vaših specifičnih ciljeva ili kriterija izvedbe za simulaciju može biti vrlo korisno.Kontaktirajte tehničke inženjere tvrtke Kaixin Aluminiumi zadovoljstvo nam je pružiti vam idealno rješenje za prilagođene hladne ploče.