Решение для аккумуляторов электромобилей — Термопроводящий материал для охлаждения электронных компонентов

Важность системы термального управления
Тепловые проблемы аккумулятора являются ключевыми факторами, определяющими его производительность, безопасность, срок службы и стоимость.

Прежде всего, уровень температуры литий-ионных аккумуляторов напрямую влияет на их энергетические и мощностные характеристики при использовании. При низкой температуре доступная емкость батареи резко снижается. Зарядка аккумулятора при слишком низкой температуре (например, ниже 0°C) может привести к мгновенному перенапряжению, что вызовет внутреннее осаждение лития и спровоцирует короткое замыкание.

Во-вторых, проблемы с тепловыделением у литий-ионных аккумуляторов непосредственно влияют на их безопасность. Дефекты в процессе производства или неправильная эксплуатация во время использования могут привести к частичному перегреву батареи, что вызовет цепную экзотермическую реакцию и в конечном итоге спровоцирует серьёзные термические аварии — такие как дым, пожар или даже взрыв, — что угрожает жизни водителей и пассажиров транспортного средства.

Кроме того, рабочая или температура хранения литий-ионных аккумуляторов влияет на их срок службы. Подходящая температура для батареи составляет примерно 10~30°C; слишком высокая или слишком низкая температура приведёт к быстрому снижению срока службы аккумулятора.

Большой аккумулятор энергии делает соотношение его площади поверхности к объему относительно меньшим, внутреннее тепло батареи нелегко отводится, и возникает большая вероятность таких проблем, как неравномерная внутренняя температура и чрезмерный локальный рост температуры, что дополнительно ускоряет деградацию батареи, сокращает срок её службы и увеличивает общие затраты пользователей.

Система термального управления аккумулятором является одной из ключевых технологий, позволяющих решать проблемы, связанные с теплом аккумулятора, и обеспечивать производительность, безопасность и срок службы силовых батарей. Основные функции системы термального управления включают:
1) Эффективный отвод тепла при высокой температуре аккумулятора для предотвращения аварий, связанных с термическим разгоном;
2) Разогрев при низкой температуре батареи, повышение температуры батареи, а также обеспечение эффективности зарядки и разрядки при низких температурах и безопасности;
3) Снизить разницу температур в блоке аккумуляторов, предотвратить образование локальных горячих зон, не допустить слишком быстрого разрушения батареи в местах высоких температур и снизить общий срок службы блока аккумуляторов.

Система терморегулирования Tesla Roadster
СИСТЕМА ТЕПЛОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ TESLA ROADSTER

Совершенный электромобиль Tesla Motors Roadster использует жидкостную систему термального управления аккумулятором. Батарейный блок, установленный на автомобиле, состоит из 6831 литий-ионных батарей типа 18650, из которых 69 соединены параллельно, образуя один блок («кирпич»); 9 таких блоков соединены последовательно, формируя пластину, а в итоге 11 слоев уложены друг на друга последовательно. Охлаждающая жидкость системы термального управления аккумулятором представляет собой смесь, состоящую из 50% воды и 50% этиленгликоля.
Рисунок 1.
(a) — это система термального управления внутри листа. Охлаждающая трубка уложена зигзагообразно между батареями, и охлаждающая жидкость циркулирует внутри трубы, отводя тепло, выделяемое аккумулятором.
(b) представляет собой схематический рисунок структуры охлаждающей трубы. Внутренняя часть охлаждающей трубы разделена на четыре канала, как показано на Рисунке 1.
(c). Система управления теплом использует конструкцию поля двустороннего потока, чтобы предотвратить постепенное повышение температуры охлаждающей жидкости во время её движения. Оба конца охлаждающей трубы служат одновременно входом и выходом для жидкости, как показано на рисунке. Как показано на 1
(d). Заполните пространство между батареями и между батареями и трубами материалами, обладающими электрической изоляцией, но хорошей теплопроводностью.

Функции следующие:
(1) Измените форму контакта между батареей и трубой теплоотвода с линейного на поверхностный;
(2) Да, это полезно для улучшения равномерности температуры между отдельными ячейками;
(3) Полезно увеличить общую теплоёмкость аккумуляторного блока, тем самым снижая общую среднюю температуру.

Благодаря вышеупомянутой системе термального управления разница температур в отдельных ячейках аккумуляторной батареи Roadster поддерживается в пределах ±2°C. Отчёт за июнь 2013 года показал, что после пробега 100 000 миль ёмкость аккумуляторной батареи Roadster всё ещё может сохраняться на уровне 80%~85% от первоначальной, при этом деградация ёмкости явно связана только с пробегом, а не с окружающей температурой. Зависимость от возраста автомобиля неочевидна. Достигнутые выше результаты стали возможными благодаря надёжной поддержке системы термального управления аккумулятором.

Принцип отвода тепла из системы термального управления батареей Tesla
Тепловые решения компании Uniontenda technology гарантируют, что работа автомобильного аккумулятора будет более стабильной, продлевают срок службы вашего аккумуляторного блока и позволяют ему работать на максимуме своих возможностей.
Принцип отвода тепла: при работе аккумулятора выделяется большое количество тепла. Это тепло передаётся к водяной охлаждающей трубке через термопроводящий силиконовый лист, а затем вода из водяной охлаждающей трубки переносится к охлаждающей жидкости. Жидкость в водяной охлаждающей трубке циркулирует внутри блока аккумуляторов, удаляя тепло.
Принцип отвода тепла в системе термального управления аккумулятором известного отечественного автопроизводителя
Принцип тепловыделения: использование вентилятора для активного отвода тепла; вентилятор обеспечивает поток воздуха, который направляется к каналу циркуляции батареи, нагревая внутреннюю часть аккумуляторного блока. Принцип рассеивания тепла: поскольку разница температур внутри аккумуляторного блока не контролируется в пределах 5°C, к верхней и нижней частям блока прикреплена термопроводная силиконовая прокладка, которая направляет тепло к внешней алюминиевой оболочке. Таким образом, перепад температур во всем модуле аккумулятора поддерживается в пределах 5°C. Это соответствует требованиям конструкции аккумуляторного блока, что обеспечивает более длительный срок службы и стабильную работу аккумулятора во время движения.

Принцип отвода тепла: аккумуляторный блок оснащён пассивным отводом тепла. Термопрокладка приклеена между аккумуляторным блоком и алюминиевым радиатором. Термические интерфейсные материалы передают температуру на алюминиевую пластину, а та, в свою очередь, отводит тепло в воздух.
Принцип отвода тепла: в аккумуляторном блоке используется пассивный метод теплоотвода. Термопроводящий лист приклеен между аккумуляторным блоком и алюминиевым радиатором. Термосиликоновый лист передаёт температуру на алюминиевый радиатор, а тот, в свою очередь, отдаёт тепло воздуху.