Композитные батареи из термопластичных материалов становятся ключевой технологией в секторе электромобилей. Такие батареи сочетают в себе многие преимущества термопластичных материалов, включая малый вес, превосходную прочность, коррозионную стойкость, гибкость конструкции и отличные механические свойства. Эти свойства имеют решающее значение для обеспечения долговечности и надежности батарейных батареек. Кроме того, система охлаждения в термопластичном батарейном блоке играет жизненно важную роль в поддержании производительности батареи, продлении ее срока службы и обеспечении безопасной эксплуатации. Эффективная система терморегулирования обеспечивает поддержание температуры батареи в желаемом диапазоне при любых условиях эксплуатации, тем самым повышая эффективность и безопасность батареи.
В качестве технологии, обеспечивающей быструю зарядку, компания Kautex демонстрирует реализацию двухфазного иммерсионного охлаждения, где тяговый элемент используется в качестве испарителя в процессе охлаждения. Двухфазное иммерсионное охлаждение обеспечивает чрезвычайно высокую скорость теплопередачи — 3400 Вт/м²*К — при одновременном максимальном обеспечении равномерности температуры внутри аккумуляторного блока при оптимальной рабочей температуре батареи. В результате система терморегулирования батареи может безопасно и постоянно справляться с тепловыми нагрузками при скорости зарядки выше 6C. Эффективность охлаждения двухфазного иммерсионного охлаждения также позволяет успешно предотвращать распространение тепла внутри термопластичного композитного корпуса батареи, в то время как представленное двухфазное иммерсионное охлаждение рассеивает тепло в окружающую среду до 30 °C. Тепловой цикл является обратимым, что позволяет эффективно нагревать батарею в холодных условиях окружающей среды. Реализация теплопередачи за счет кипения в потоке обеспечивает постоянную высокую теплопередачу без схлопывания паровых пузырьков и последующего кавитационного повреждения.
В концепции прямого двухфазного иммерсионного охлаждения Kautex жидкость находится в непосредственном контакте с элементами батареи внутри корпуса, что эквивалентно испарителю в холодильном цикле. Иммерсионное охлаждение элементов максимально использует площадь их поверхности для теплопередачи, а постоянное испарение жидкости, то есть фазовый переход, обеспечивает максимальную равномерность температуры. Схема показана на рисунке 2.
Рис. 2. Принцип работы двухфазного иммерсионного охлаждения.
Идея интеграции всех необходимых компонентов для распределения жидкости непосредственно в термопластичный, непроводящий корпус батареи обещает стать экологически устойчивым подходом. Когда корпус батареи и батарейный отсек изготовлены из одного материала, их можно сварить вместе для обеспечения структурной стабильности, что исключает необходимость в герметизирующих материалах и упрощает процесс переработки.
Исследования показали, что двухфазный метод погружного охлаждения с использованием охлаждающей жидкости SF33 демонстрирует превосходные возможности рассеивания тепла от батареи. Эта система поддерживала температуру батареи в диапазоне 34-35°C при всех условиях испытаний, демонстрируя отличную равномерность распределения температуры. Охлаждающие жидкости, такие как SF33, совместимы с большинством металлов, пластмасс и эластомеров и не повреждают термопластичные материалы корпуса батареи.
Рис. 3. Эксперимент по измерению теплопередачи аккумуляторного блока [1]
Кроме того, в экспериментальном исследовании сравнивались различные стратегии охлаждения, такие как естественная конвекция, принудительная конвекция и жидкостное охлаждение с использованием хладагента SF33, и результаты показали, что двухфазная система погружного охлаждения очень эффективна для поддержания температуры элемента батареи.
В целом, двухфазная система погружного охлаждения обеспечивает эффективное и равномерное охлаждение батарей для электромобилей и других применений, требующих хранения энергии, что способствует повышению долговечности и безопасности батарей.
Дата публикации: 14 октября 2024 г.