Revisión de la tecnología de enfriamiento de baterías de vehículos de nueva energía

Para resolver aún más la crisis energética, China aboga enérgicamente por el desarrollo de nuevas energías, entre las cuales los vehículos de nueva energía propulsados ​​por electricidad son áreas clave para que China ingrese a las nuevas aplicaciones de energía a gran escala.Los vehículos de nueva energía se refieren al uso de energía no fósil (como electricidad, energía solar, etc.) como fuente de energía para los vehículos, que tiene las ventajas de una protección ambiental con bajas emisiones de carbono, alta eficiencia y ahorro de energía, y se ha convertido en una importante dirección de desarrollo de la futura industria automovilística.Como uno de los componentes principales de los vehículos de nueva energía, el rendimiento de la batería afecta directamente el rendimiento y la seguridad del vehículo.Sin embargo, debido a que la batería produce mucho calor cuando está en funcionamiento, su problema de disipación de calor ha sido uno de los factores importantes que restringen su desarrollo.En este documento, se revisan las cinco principales tecnologías actuales de disipación de calor: disipación de calor por convección, refrigeración por aire, refrigeración líquida, refrigeración por tubo de calor y disipación de calor por material de cambio de fase, y se analizan y comparan sus principios, ventajas, desventajas y aplicaciones, proporcionando ciertas Valor de referencia para el desarrollo de tecnología de disipación de calor de baterías de vehículos de nueva energía.

Como dispositivo de almacenamiento de energía, la batería de iones de litio comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito, un diafragma y una carcasa.El mecanismo de producción de calor de la batería de energía incluye principalmente calor de reacción química, calor de Joule, calor de polarización, calor de reacción secundaria, etc.El calor de la reacción química es la reacción química dentro de la batería que producirá una cierta cantidad de calor, es la principal fuente de calor de la batería.Cuando la batería está cargada, la reacción química entre los electrodos positivo y negativo producirá mucho calor de reacción química;El calor Joule es el calor generado por la corriente que pasa a través de la batería cuando la batería está funcionando.La generación de este calor está relacionada con el estado de funcionamiento de la batería, por ejemplo, cuando la carga de la batería es grande, la corriente pasa a través de la batería durante más tiempo y el calor en julios generado es mayor;El calor de polarización es la polarización de las sustancias químicas dentro de la batería bajo la acción de un campo eléctrico.La magnitud de este calor está relacionada con el voltaje de trabajo, la corriente de la batería y la temperatura del ambiente de trabajo.Además de los tres métodos anteriores de producción de calor, también pueden ocurrir algunas reacciones secundarias durante el uso de la batería, y estas reacciones secundarias también liberarán calor.En general, el mecanismo de producción de calor de las baterías eléctricas es complejo y debe considerarse de manera integral según el entorno y las condiciones de uso específicos.

1.1 Tecnología de disipación de calor por convección

Batería de energía tecnología de disipación de calor por convección Es una tecnología que utiliza la convección natural del aire para disipar el calor generado en el interior de la batería a través del radiador.El calor por convección se disipa mediante la transferencia de calor entre el paquete de baterías y el material térmico inferior, mientras que el lado del paquete de baterías se disipa mediante aire.La tecnología tiene las ventajas de una alta eficiencia de transferencia de calor y una buena estabilidad, lo que puede reducir efectivamente la temperatura de funcionamiento de la batería y mejorar la vida útil y la seguridad de la batería.Además, la tecnología de disipación de calor por convección también tiene el efecto de aislamiento y absorción de impactos, lo que puede evitar la aparición de problemas como cortocircuitos y desgaste entre baterías.

Cuando la batería está funcionando, se generará mucho calor y, si este calor no se disipa a tiempo, afectará negativamente el rendimiento y la vida útil de la batería.Por lo tanto, es necesario disipar este calor a través de un radiador.El principio de la tecnología de disipación de calor por convección es aumentar la eficiencia de transferencia de calor entre el paquete de baterías y la parte inferior de la batería.Al mismo tiempo, el costado del paquete de baterías atraviesa el flujo de aire para lograr el efecto de disipación de calor.La elección de la lámina de silicona termoconductora también es muy importante para el efecto de disipación del calor por convección.En la actualidad, los materiales de láminas de silicona termoconductoras comúnmente utilizados son caucho de silicona, elastómero de poliuretano, etc.Los materiales conductores térmicos tienen buena conductividad térmica y resistencia a altas temperaturas.Además, la forma y el tamaño de la lámina de silicona termoconductora también deben ajustarse y optimizarse según la situación real.

Las ventajas de la tecnología de disipación de calor por convección son una alta eficiencia de transferencia de calor y una buena estabilidad.Al mismo tiempo, también tiene la ventaja del aislamiento y la absorción de impactos.Sin embargo, la desventaja de esta tecnología es que necesita aumentar ciertas instalaciones de hardware para lograr la función de disipación de calor por convección.Para lograr un mejor efecto de enfriamiento en el uso real, a menudo es necesario aumentar piezas especiales, como aletas, para ampliar el área de contacto de disipación de calor [3].Al mismo tiempo, también es necesario optimizar el diseño y ajustar el plan a los diferentes modelos y a las necesidades del entorno de uso.La tecnología de disipación de calor por convección de baterías de energía se utiliza principalmente en algunos vehículos eléctricos de gama baja, pero con el desarrollo de la tecnología, la tecnología de disipación de calor por convección también ha comenzado a aplicarse en algunos vehículos eléctricos de gama media.

1.2 Tecnología de disipación de calor por refrigeración por aire

Disipación de calor enfriada por aire es una forma de fortalecer el flujo de aire dentro de la batería bajo la acción del ventilador y eliminar el calor disipado por la batería.La tecnología tiene las ventajas de una estructura simple y un bajo costo, y es adecuada para algunos paquetes de baterías pequeños o paquetes de baterías móviles.Sin embargo, la eficiencia de transferencia de calor de la tecnología de disipación de calor enfriada por aire es baja y se ve fácilmente afectada por el entorno externo, como la temperatura, la humedad y otros factores que afectarán su efecto de disipación de calor.

El radiador enfriado por aire es el componente central de la tecnología de disipación de calor enfriada por aire de la batería eléctrica, que se compone principalmente de ventilador, disipador de calor, escudo térmico, etc.La función del ventilador es soplar aire hacia el radiador, creando un flujo de aire que aleja el calor.El disipador de calor es un medio importante que transfiere calor al aire y su forma, tamaño y material afectarán el efecto de disipación de calor.El disipador de calor se utiliza para proteger la batería y el radiador del entorno externo, como el polvo, la lluvia, etc.El principio de la tecnología de disipación de calor enfriada por aire es aumentar el flujo de aire, eliminando así el calor de la batería.La elección del ventilador también es muy importante para el efecto de disipación de calor del enfriamiento por aire.En la actualidad, existen dos tipos de ventiladores comúnmente utilizados: ventiladores axiales y ventiladores centrífugos.Los ventiladores de flujo axial son adecuados para funcionamiento a baja velocidad.Los ventiladores centrífugos son adecuados para escenarios de operación de alta velocidad.Además, el diseño del orificio de ventilación también debe tener en cuenta la distribución espacial y las características estructurales del paquete de baterías.

La ventaja de la tecnología de disipación de calor enfriada por aire es que tiene las ventajas de una estructura simple y de bajo costo, y es adecuada para los requisitos de disipación de calor de algunos paquetes de baterías pequeños o paquetes de baterías móviles.Sin embargo, la eficiencia de transferencia de calor de la tecnología de disipación de calor enfriada por aire es baja y se ve fácilmente afectada por el entorno externo, como la temperatura, la humedad y otros factores que afectarán su efecto de disipación de calor.Además, debido al espacio limitado dentro de la batería, el número y tamaño de los orificios de ventilación también deben ajustarse y optimizarse según la situación real.La tecnología de disipación de calor enfriada por aire también tiene algunas desventajas, como el ruido fuerte.Debido a la existencia de ventiladores, el radiador enfriado por aire producirá algo de ruido durante el funcionamiento.La tecnología de refrigeración por aire de la batería eléctrica se utiliza principalmente en algunos vehículos eléctricos de gama baja y pequeños sistemas de almacenamiento de energía.En estos sistemas, debido a limitaciones de costo y espacio, no se pueden usar otros métodos de disipación de calor, por lo que solo se puede usar tecnología de disipación de calor enfriada por aire.Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología, la tecnología de disipación de calor enfriada por aire también ha comenzado a aplicarse en algunos vehículos eléctricos de alta gama.

1.3 Tecnología de refrigeración por refrigeración líquida

Disipación de calor por refrigeración líquida. es un nuevo tipo de disipación de calor, su principio de funcionamiento está bajo la acción del medio líquido a través de la transferencia de calor por convección para liberar el calor de la batería y reducir la temperatura de la batería.La tecnología tiene las ventajas de una alta eficiencia de transferencia de calor y un buen efecto de disipación de calor, lo que puede reducir efectivamente la temperatura de trabajo de la batería y mejorar la vida útil y la seguridad de la batería.Además, la tecnología de refrigeración líquida también tiene las ventajas de una alta confiabilidad y bajos costos de mantenimiento, por lo que se ha utilizado ampliamente en el campo de los vehículos de nueva energía.

El principio de la tecnología de refrigeración líquida es inyectar refrigerante en el paquete de baterías y luego disipar el calor a través del tubo de aluminio de refrigeración.La elección del refrigerante es muy importante para el efecto de la refrigeración líquida.En la actualidad, los refrigerantes más utilizados son el aceite mineral, el aceite sintético y los refrigerantes a base de agua.Entre ellos, el aceite mineral tiene las características de buena conductividad térmica y resistencia a altas temperaturas, pero tiene cierta contaminación para el medio ambiente;El aceite sintético tiene un mejor rendimiento de protección ambiental y estabilidad a altas temperaturas;El refrigerante a base de agua tiene las ventajas de no ser tóxico e inofensivo, tener una buena protección ambiental, etc.Al seleccionar el refrigerante, se debe realizar una consideración exhaustiva según el escenario de aplicación específico.En la actualidad, la investigación de la tecnología de refrigeración por refrigeración líquida se centra principalmente en el diseño de la estructura de la placa de refrigeración, y el diseño de la placa de refrigeración se centra en el diseño del canal de flujo, a menudo cambiando la forma del canal de flujo, el Número de canales de flujo para lograr el impacto en la disipación de calor de la batería.Cuanto más complejo sea el diseño del canal de flujo, mejor será el efecto general de disipación de calor, pero el procesamiento suele ser extremadamente complejo, el costo es mayor e incluso algunos canales de flujo no se pueden completar en el procesamiento y fabricación reales, por lo que el flujo El canal está diseñado para considerar completamente la dificultad de fabricación y luego el efecto integral de disipación de calor para desarrollar un programa.

Las ventajas de la tecnología de refrigeración líquida son obvias.En primer lugar, puede reducir eficazmente la temperatura de funcionamiento de la batería, mejorando así la vida útil y la seguridad de la batería.En segundo lugar, el dispositivo de refrigeración líquida tiene una estructura simple y es fácil de mantener y reemplazar.Además, la tecnología de refrigeración líquida también tiene una alta confiabilidad y estabilidad y puede funcionar normalmente en entornos hostiles.Sin embargo, la tecnología de refrigeración líquida también tiene algunas desventajas.Por ejemplo, su coste es elevado y es necesario invertir más fondos en renovación y mantenimiento de equipos;Al mismo tiempo, también es necesario prestar atención a problemas como las fugas de líquido.

1.4 Tecnología de enfriamiento por tubo de calor

Refrigeración por tubo de calor Es una nueva forma de disipación de calor de la batería, que tiene una fuerte conductividad térmica y buenas perspectivas de aplicación.La tecnología de enfriamiento de tubos de calor es una tecnología que utiliza el principio de los tubos de calor para disipar el calor y se utiliza principalmente para enfriar sistemas de baterías.Un tubo de calor es un elemento eficiente de transferencia de calor que consta de un tubo delgado y dos aletas metálicas conectadas en los extremos.Cuando el calor dentro de la batería se conduce al tubo de calor, el líquido dentro del tubo de calor absorberá el calor y se evaporará, produciendo una gran cantidad de vapor, que fluirá a lo largo del tubo y quitará el calor dentro de la batería.Finalmente, el vapor se enfría hasta convertirse en líquido en el radiador, liberando calor latente y disipándolo así.El radiador de tubo de calor es uno de los componentes principales de la tecnología de enfriamiento de tubo de calor de la batería de energía, que se compone principalmente de tubo de calor, aletas, ventilador, etc.La función del tubo de calor es transferir el calor dentro de la batería al radiador, y la aleta es un componente importante que se utiliza para aumentar el área de disipación de calor y mejorar la eficiencia de disipación de calor.El ventilador se utiliza para acelerar el flujo de aire, mejorando así el efecto de disipación de calor del radiador.En algunos sistemas de baterías de alta gama, la tecnología de enfriamiento por tubo de calor se ha utilizado ampliamente, como en vehículos de nueva energía, drones y otras industrias.Con el desarrollo continuo de la tecnología y la reducción de costos, se cree que la tecnología de enfriamiento por tubo de calor se aplicará en más campos.

La tecnología de enfriamiento por tubo de calor tiene las ventajas de alta eficiencia y ahorro de energía, alta confiabilidad, amplio rango de aplicaciones y bajo costo de mantenimiento.Alta eficiencia y ahorro de energía: la tecnología de enfriamiento por tubo de calor puede transferir rápidamente el calor generado por la batería, evitando el desperdicio de energía y mejorando la eficiencia de la utilización de la energía;Alta confiabilidad: la tecnología de enfriamiento de tubería de calor utiliza una estructura de tubería cerrada, no se verá afectada por el entorno externo, con alta estabilidad y confiabilidad;Amplia gama de aplicaciones: la tecnología de enfriamiento por tubo de calor es adecuada para varios tipos de sistemas de baterías, incluidas baterías de iones de litio, baterías de plomo-ácido, etc. Bajo costo de mantenimiento: la tecnología de enfriamiento por tubo de calor tiene una estructura simple, bajo costo de mantenimiento y larga vida útil. funcionamiento estable.

Las deficiencias de la tecnología de enfriamiento por tubo de calor también son muy obvias, principalmente por su gran volumen, alto costo, gran resistencia a los fluidos y otros factores desfavorables.Gran volumen: debido a que el tubo de calor necesita ocupar un cierto espacio, en comparación con el método tradicional de enfriamiento por aire, la tecnología de enfriamiento del tubo de calor necesita más espacio de instalación;Alto costo: El costo de fabricación de la tecnología de enfriamiento de tubos de calor es relativamente alto y se requieren materiales y procesos de alta calidad para garantizar su rendimiento y vida útil.Gran resistencia del fluido: el flujo de líquido dentro del tubo de calor producirá una cierta resistencia, lo que afectará la eficiencia de transferencia de calor del tubo de calor;La tecnología de enfriamiento por tubo de calor también tiene un gran problema de ruido, debido a la existencia de ventiladores, el radiador del tubo de calor producirá cierto ruido durante el funcionamiento;El control de la temperatura de la tecnología de enfriamiento de tubos de calor es difícil, su efecto de disipación de calor se ve muy afectado por factores ambientales, por lo que el control de la temperatura es relativamente difícil.

1.5 Tecnología de enfriamiento de materiales por cambio de fase

La tecnología de enfriamiento de materiales de cambio de fase de baterías eléctricas es una tecnología que utiliza materiales de cambio de fase para la disipación de calor, que se utiliza principalmente para enfriar sistemas de baterías.El principio básico de la tecnología de disipación de calor del material de cambio de fase de la batería de potencia es utilizar materiales de cambio de fase para la disipación del calor.El material de cambio de fase es un tipo de material que puede absorber o liberar mucho calor dentro de un cierto rango de temperatura.Cuando el calor dentro de la batería se conduce al material de cambio de fase, la parte líquida del material de cambio de fase absorberá calor y se expandirá, convirtiéndose en gas.La parte sólida, en cambio, desprende calor y se contrae.De esta forma, el material de cambio de fase puede transferir rápidamente el calor del interior de la batería al radiador, consiguiendo así el enfriamiento de la batería.El disipador de calor de material de cambio de fase es uno de los componentes principales de la tecnología de disipación de calor de material de cambio de fase de la batería de potencia, que se compone principalmente de material de cambio de fase, aletas, ventilador, etc.

La tecnología de enfriamiento de material fotográfico tiene las ventajas de alta eficiencia y ahorro de energía, alta confiabilidad, amplia gama de aplicaciones y bajo costo de mantenimiento.Alta eficiencia y ahorro de energía: la tecnología de enfriamiento de materiales por cambio de fase puede transferir rápidamente el calor generado por la batería, evitando el desperdicio de energía y mejorando la eficiencia de la utilización de la energía;Alta confiabilidad: la tecnología de enfriamiento de material de cambio de fase utiliza materiales de cambio de fase estables, tiene alta estabilidad y confiabilidad y puede funcionar de manera estable durante mucho tiempo;Amplia gama de aplicaciones: la tecnología de enfriamiento de material de cambio de fase es adecuada para varios tipos de sistemas de baterías, incluidas baterías de iones de litio, baterías de plomo-ácido, etc. Bajo costo de mantenimiento: la tecnología de enfriamiento de material de cambio de fase tiene una estructura simple, un bajo costo de mantenimiento y funcionamiento estable a largo plazo.

Las desventajas de la tecnología de enfriamiento de material fotográfico son el gran volumen, el alto costo y el rango de temperatura limitado.Gran volumen: debido a que el material de cambio de fase necesita ocupar un cierto espacio, en comparación con el método tradicional de enfriamiento por aire, la tecnología de enfriamiento del material de cambio de fase necesita un espacio de instalación más grande;Alto costo: el costo de fabricación de la tecnología de enfriamiento de materiales de cambio de fase es relativamente alto y se requieren materiales y procesos de alta calidad para garantizar su rendimiento y vida útil.Rango de temperatura limitado: el rango de temperatura de los materiales de cambio de fase es estrecho y solo puede disiparse dentro de un cierto rango y no puede adaptarse a las necesidades de todas las condiciones de trabajo.

En resumen, la tecnología de disipación de calor por convección, la tecnología de disipación de calor por refrigeración por aire, la tecnología de disipación de calor por refrigeración líquida, la tecnología de disipación de calor por refrigeración por tubo de calor y la tecnología de disipación de calor por refrigeración por material de cambio de fase son las cinco tecnologías principales de disipación de calor por batería de energía para vehículos de nueva energía.La tecnología de refrigeración líquida tiene las ventajas de una alta eficiencia de transferencia de calor y un buen efecto de disipación de calor.La tecnología de refrigeración por aire tiene las ventajas de una estructura simple y un bajo costo.La tecnología de disipación de calor por convección tiene las ventajas de una alta eficiencia de transferencia de calor y una buena estabilidad.La tecnología de enfriamiento por tubo de calor tiene las ventajas de alta eficiencia y ahorro de energía, alta confiabilidad, amplia gama de aplicaciones y bajo costo de mantenimiento.En el desarrollo futuro, la tecnología de disipación de calor adecuada El esquema debe seleccionarse de acuerdo con las necesidades de los diferentes modelos y el uso del medio ambiente, y la tecnología de disipación de calor existente debe optimizarse y mejorarse continuamente para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la batería de energía del vehículo de nueva energía.