【Hợp tác công nghệ】 Hệ thống làm mát ngâm hai pha cho khay pin nhựa nhiệt dẻo

Khay pin composite nhiệt dẻo đang trở thành công nghệ chủ chốt trong lĩnh vực xe năng lượng mới. Loại khay này kết hợp nhiều ưu điểm của vật liệu nhiệt dẻo, bao gồm trọng lượng nhẹ, độ bền vượt trội, khả năng chống ăn mòn, tính linh hoạt trong thiết kế và các đặc tính cơ học tuyệt vời. Những đặc tính này rất quan trọng để đảm bảo độ bền và độ tin cậy của khay pin. Ngoài ra, hệ thống làm mát trong bộ pin nhiệt dẻo đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì hiệu suất của pin, kéo dài tuổi thọ và đảm bảo hoạt động an toàn. Một hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả đảm bảo pin được duy trì trong phạm vi nhiệt độ mong muốn trong mọi điều kiện hoạt động, từ đó tăng hiệu quả và độ an toàn của pin.

Là một công nghệ hỗ trợ cho sạc nhanh, Kautex đã chứng minh việc triển khai làm mát ngâm hai pha, trong đó cell kéo được sử dụng như một bộ bay hơi trong quá trình làm mát. Làm mát ngâm hai pha đạt được tốc độ truyền nhiệt cực cao là 3400 W/m²*K đồng thời tối đa hóa sự đồng nhất nhiệt độ bên trong bộ pin ở nhiệt độ hoạt động tối ưu của pin. Kết quả là, hệ thống quản lý nhiệt của pin có thể quản lý tải nhiệt một cách an toàn và liên tục ở tốc độ sạc trên 6C. Hiệu suất làm mát của làm mát ngâm hai pha cũng có thể ngăn chặn thành công sự lan truyền nhiệt bên trong vỏ pin composite nhiệt dẻo, trong khi phương pháp làm mát ngâm hai pha này tản nhiệt ra môi trường lên đến 30°C. Chu trình nhiệt có thể đảo ngược, cho phép làm nóng pin hiệu quả trong điều kiện môi trường lạnh. Việc triển khai truyền nhiệt sôi dòng chảy đảm bảo truyền nhiệt cao liên tục mà không làm vỡ bong bóng hơi và gây ra hư hỏng do xâm thực.

Trong khái niệm làm mát ngâm hai pha trực tiếp của Kautex, chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với các tế bào pin bên trong vỏ pin, tương đương với bộ bay hơi trong chu trình làm lạnh. Việc ngâm các tế bào giúp tối đa hóa việc sử dụng diện tích bề mặt tế bào để truyền nhiệt, trong khi sự bay hơi liên tục của chất lỏng, tức là sự thay đổi pha, đảm bảo độ đồng đều nhiệt độ tối đa. Sơ đồ được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm lạnh ngâm hai pha.

Ý tưởng tích hợp tất cả các thành phần cần thiết cho việc phân phối chất lỏng trực tiếp vào vỏ pin bằng nhựa nhiệt dẻo, không dẫn điện hứa hẹn là một phương pháp bền vững. Khi vỏ pin và khay pin được làm từ cùng một vật liệu, chúng có thể được hàn lại với nhau để tăng độ ổn định cấu trúc, đồng thời loại bỏ nhu cầu sử dụng vật liệu bao bọc và đơn giản hóa quá trình tái chế.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp làm mát ngâm hai pha sử dụng chất làm mát SF33 thể hiện khả năng tản nhiệt vượt trội trong việc truyền nhiệt từ pin. Hệ thống này duy trì nhiệt độ pin trong khoảng 34-35°C trong tất cả các điều kiện thử nghiệm, chứng tỏ độ đồng đều nhiệt độ tuyệt vời. Các chất làm mát như SF33 tương thích với hầu hết các kim loại, nhựa và chất đàn hồi, và sẽ không làm hỏng vật liệu vỏ pin bằng nhựa nhiệt dẻo.

Hình 3 Thí nghiệm đo truyền nhiệt của bộ pin [1]

Ngoài ra, nghiên cứu thực nghiệm đã so sánh các chiến lược làm mát khác nhau như đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng bức và làm mát bằng chất lỏng với chất làm mát SF33, và kết quả cho thấy hệ thống làm mát ngâm hai pha rất hiệu quả trong việc duy trì nhiệt độ của pin.
Nhìn chung, hệ thống làm mát ngâm hai pha cung cấp giải pháp làm mát pin hiệu quả và đồng đều cho xe điện và các ứng dụng khác yêu cầu lưu trữ năng lượng, giúp cải thiện độ bền và độ an toàn của pin.