Если вы когда-либо наблюдали за запуском электромобиля (EV) или разговаривали с владельцем электромобиля о беспокойстве по поводу запаса хода, деградации аккумулятора или скорости быстрой зарядки, вы уже знаете, насколько важна температура аккумулятора для производительности электромобиля.Системы терморегулирования аккумуляторов (BTMS)являются здесь невоспетыми героями, и когда дело доходит до получения максимальной отдачи от литий-ионных (литий-ионных) аккумуляторов, ядро большинства электромобилей — прямое жидкостное охлаждение — является одним из наиболее эффективных и адаптируемых решений на современном рынке.
Давайте разберем это просто, без перегрузки жаргоном. Аккумуляторы электромобилей выделяют тепло во время нормальной работы: когда вы ускоряетесь, едете, заряжаетесь или даже сидите на парковке в жаркий день. Литий-ионные аккумуляторы имеют узкий идеальный температурный диапазон: от 25°C до 40°C (от 77°F до 104°F) для непрерывного использования и еще более узкий для быстрой зарядки (обычно от 10°C до 35°C). Слишком холодно, и химические реакции аккумулятора замедляются, что резко сокращает запас хода в морозную погоду, а зарядка занимает вдвое больше времени. Слишком горячая батарея стареет в 2–3 раза быстрее, рискует выйти из-под контроля (серьезная угроза безопасности) и может обеспечивать нестабильную мощность.
Вот тут-то и приходит на помощь терморегулирование. В течение многих лет автопроизводители использовали воздушное охлаждение для электромобилей начального уровня: оно дешевое, простое и подходит для аккумуляторов меньшей мощности. Но по мере того, как электромобили становятся больше (например, внедорожники и пикапы), требуют более быстрой зарядки и увеличения запаса хода, воздушное охлаждение достигает предела. Воздух может унести только определенное количество тепла, и он неэффективен для достижения каждой ячейки в плотном аккумуляторном блоке, особенно когда блоки наполняются большим количеством ячеек для увеличения дальности полета. Вот почему жидкостное охлаждение стало популярным, а в рамках жидкостного охлаждения прямое жидкостное охлаждение стало популярным для современных электромобилей премиум-класса и среднего уровня.
Так что же такое прямое жидкостное охлаждение? В отличие от непрямого жидкостного охлаждения (при котором используется металлическая пластина или трубка, установленная снаружи аккумуляторного модуля, при этом охлаждающая жидкость циркулирует между пластиной и охладителем), прямое жидкостное охлаждение делает нечто иное: оно погружает сами элементы батареи непосредственно в диэлектрическую (непроводящую) жидкость. Это ключевой момент: диэлектрическая жидкость не проводит электричество, поэтому она никогда не касается электрических компонентов внутри ячеек, что исключает любой риск короткого замыкания, даже если корпус ячейки будет поврежден.
Давайте сделаем эту разницу конкретной. Косвенное охлаждение работает путем передачи тепла от поверхности элемента к металлической пластине, затем к охлаждающей жидкости, а затем к радиатору. Этот процесс имеет несколько препятствий: металлическая пластина увеличивает вес, зазор между пластиной и элементами создает термическое сопротивление (как слой изоляции между горячей плитой и кастрюлей), а воздух, попавший в зазоры, может снизить эффективность теплопередачи. Прямое охлаждение удаляет все эти средние слои. Жидкость окружает каждую ячейку, забирая тепло непосредственно с поверхности ячейки, поэтому передача тепла происходит гораздо более напрямую, чем воздушное охлаждение, и лучше, чем пластина с непрямым охлаждением жидкости, поскольку охлаждающая жидкость располагается у поверхности ячейки, а не за пластиной.
Эта эффективность приводит к реальной выгоде для водителей электромобилей и автопроизводителей. Во-первых, более быстрая тепловая реакция: при быстрой зарядке аккумулятор очень быстро выделяет много тепла. Прямое охлаждение может отвести это тепло за миллисекунды, поддерживая аккумулятор в идеальном температурном диапазоне, поэтому вам не придется ждать 10–15 минут, пока аккумулятор остынет, прежде чем зарядка завершится. Некоторые автопроизводители, использующие прямое охлаждение, могут выполнить быструю зарядку (SoC) на 10–80% за одну остановку, тогда как аккумулятор с воздушным охлаждением ограничен тем, насколько быстро он может отдавать тепло.
Во-вторых, более длительное время автономной работы. Поддерживая одинаковую температуру каждой ячейки — отсутствие горячих или холодных точек по всему блоку — прямое охлаждение снижает неравномерную деградацию. При непрямом охлаждении колебания температуры в упаковке часто составляют 5–10°C, а элементы, работающие при более высокой температуре, стареют быстрее. Прямое охлаждение удерживает различия между клетками на уровне нескольких градусов, поэтому все клетки стареют с одинаковой скоростью, а не самые горячие, ведущие к снижению. Для автопроизводителей это означает меньше претензий по гарантии и более счастливых клиентов, которым не придется заменять аккумулятор электромобиля каждые несколько лет.
В-третьих, гибкость дизайна упаковки. Прямое жидкостное охлаждение работает практически с любым форматом аккумуляторных элементов: цилиндрическим, пакетным, призматическим. Это большой плюс, поскольку автопроизводители разрабатывают новые конструкции элементов для повышения плотности энергии. Поскольку жидкость погружает элементы в воду, вы можете расположить их в более плотных упаковках, не беспокоясь о перегреве, — таким образом, вы сможете получить больше запасов энергии на том же объеме пространства, что является огромным преимуществом для дальности полета. Например, среднеразмерный внедорожник 2024 года, использующий прямое охлаждение, может проехать 350 миль на одной зарядке, в то время как аналогичная модель с воздушным охлаждением проезжает всего 480 миль.
Прямое жидкостное охлаждение не идеально, и важно найти компромиссы. Во-первых, выбор жидкости имеет решающее значение. Диэлектрическая жидкость должна быть непроводящей, термически эффективной, совместимой с материалами батареи (отсутствие коррозии или химической реакции с корпусами элементов или уплотнениями) и стабильной при экстремальных температурах. Неправильная жидкость может вытечь, разрушить клетки или даже стать проводящей с течением времени, создавая угрозу безопасности. Во-вторых, система тяжелее и сложнее, чем воздушное охлаждение: вам нужны уплотнения, насосы, шланги и контур охлаждения, что увеличивает вес и более высокие первоначальные затраты, чем воздушное охлаждение. Для бюджетных электромобилей эти дополнительные затраты могут стать барьером, но по мере масштабирования производства цены снижаются, а разрыв в затратах сокращается по мере масштабирования производства.
Еще одним важным моментом является техническое обслуживание. Системы прямого охлаждения требуют регулярных проверок на наличие утечек, уровня и состояния жидкости, хотя в современных системах используются герметичные контуры, которые требуют обслуживания только каждые 5–7 лет, как и другие автомобильные жидкости. Для водителей это означает отсутствие дополнительных хлопот по сравнению с непрямым охлаждением, но для автопроизводителей это важный фактор при разработке графиков технического обслуживания.
Если вы следите за терморегулированием аккумуляторов электромобилей, вы, вероятно, заметили сдвиг в сторону прямого жидкостного охлаждения за последние 5 лет. Ранние электромобили Tesla использовали непрямое охлаждение, но Model Y, Cybertruck и новые аккумуляторные блоки 4680 перешли на прямое охлаждение, чтобы обеспечить более быструю зарядку и более высокую плотность энергии. Популярные электромобили, такие как Ford Mustang Mach-E, Volkswagen ID.4 и Hyundai Ioniq 5, также используют ту или иную форму прямого жидкостного охлаждения. Этот сдвиг — не просто тенденция — это ответ на то, чего хотят водители: больший запас хода, более быстрая зарядка и аккумуляторы, рассчитанные на весь срок службы автомобиля.
В нашей компании мы специализируемся натерморегулирование аккумуляторных систем электромобилейуже более десяти лет, и прямое жидкостное охлаждение лежит в основе нашей работы. Мы разрабатываем индивидуальные диэлектрические жидкости, контуры охлаждения и интеграционные решения, которые работают со всеми основными форматами элементов и адаптированы к уникальному дизайну упаковки и целям производительности каждого автопроизводителя. Если вы автопроизводитель, оператор автопарка или команда инженеров, желающая модернизировать тепловую систему вашего аккумулятора, у нас есть опыт, который поможет вам оптимизировать запас хода, безопасность и долговечность.
Если вы хотите узнать больше о том, как работают системы терморегулирования для электромобилей, у нашей команды есть специальная страница, на которой описаны основы:Управление температурой аккумулятора электромобиля. Для более глубокого изучения конкретной роли терморегулирования в аккумуляторах электромобилей, ознакомьтесь с терморегулированием аккумуляторных систем электромобилей. Если вас интересует система, разработанная специально для работы аккумуляторов электромобилей, вы можете найти подробную информацию на нашем сайте.Система управления температурой аккумулятора электромобилястраница. Более широкий взгляд на технологию охлаждения аккумуляторов см. в разделе «Система управления температурой аккумулятора», а информацию о том, как тепловые системы интегрируются со всеми типами электромобилей, см. в разделе «Система управления температурой для электромобилей».
Независимо от того, разрабатываете ли вы новый комплект электромобилей, оптимизируете существующие системы или ищете решение конкретной тепловой проблемы, мы можем предоставить вам опыт и решения, необходимые для максимально эффективного использования вашего аккумулятора. Чтобы обсудить ваши требования, свяжитесь с нашей командой сегодня, чтобы начать разговор о прямом жидкостном охлаждении и о том, какую пользу оно может принести вашему проекту по производству электромобилей. Мы с нетерпением ждем возможности помочь вам создать более безопасные, эффективные и дальнобойные электромобили для водителей по всему миру.
