การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า: สถานะปัจจุบันและอนาคตของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลว

ด้วยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพลังงานทั่วโลกและการปรับปรุงความตระหนักในการปกป้องสิ่งแวดล้อม ยานพาหนะไฟฟ้าจึงกลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของอุตสาหกรรมยานยนต์ ในฐานะ "หัวใจ" ของรถยนต์ไฟฟ้า ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของรถยนต์ทั้งคัน

ในบริบทนี้ ความสำคัญของระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่มีความโดดเด่นมากขึ้น และเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลว ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะไฟฟ้า กำลังเผชิญกับความท้าทายสองประการเกี่ยวกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการควบคุมต้นทุน และค่อยๆ กลายเป็นจุดสำคัญด้านการวิจัยในอุตสาหกรรม

ภาพรวมเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลว

เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวหมายถึงการไหลเวียนของตัวกลางของเหลว (เช่น น้ำ สารละลายเอทิลีนไกลคอล ฯลฯ) เพื่อขจัดความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่ทำงานภายในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง เนื่องจากสามารถยืดอายุแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน และประสิทธิภาพในการชาร์จ

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิม ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อดีคือประสิทธิภาพการนำความร้อนที่สูงกว่า ขนาดและน้ำหนักที่เล็กลง และเสียงรบกวนที่น้อยลง

เทคโนโลยีที่สำคัญ

การออกแบบและการผลิตระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวเป็นโครงการที่ครอบคลุมซึ่งกำหนดให้วิศวกรต้องมีความรู้และทักษะแบบสหวิทยาการ ตลอดจนความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับวัสดุใหม่ กระบวนการใหม่ และเทคโนโลยีใหม่ เทคโนโลยีสำคัญหลายประการที่เกี่ยวข้องรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง:

01 การออกแบบช่องทางการไหล

การออกแบบช่องการไหลเป็นแกนหลักของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวและส่งผลโดยตรงต่อลักษณะการไหลและประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนของสารหล่อเย็น ด้วยการใช้เทคโนโลยีการจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) วิศวกรสามารถจำลองการไหลของสารหล่อเย็นในช่องการไหล และคาดการณ์และวิเคราะห์ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนได้ เมื่อใช้ร่วมกับวิธีการปรับโทโพโลยีโครงสร้างให้เหมาะสม จะสามารถพบรูปทรงเรขาคณิตของช่องการไหลที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้มีการนำความร้อนสูงขึ้นและความต้านทานของของไหลลดลง

02 การเลือกใช้วัสดุ

การเลือกใช้วัสดุมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว โดยปกติแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวจะเลือกใช้วัสดุโลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูง เช่น อลูมิเนียมหรือทองแดง ซึ่งสามารถนำความร้อนจากแหล่งความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและนำความร้อนออกไปผ่านสารหล่อเย็นได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากการนำความร้อนแล้ว ความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุยังเป็นปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการออกแบบอีกด้วย คุณลักษณะเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถรักษาเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือในระยะยาวในสภาพแวดล้อมการทำงานต่างๆ

03 ปั๊มและหม้อน้ำ

ปั๊มและหม้อน้ำคือ "หัวใจ" และ "ปอด" ของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว ทั้งสองอย่างนี้จะช่วยรักษาการไหลเวียนของสารหล่อเย็นและการกระจายความร้อน เนื่องจาก "แหล่งพลังงาน" ของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว กุญแจสำคัญในการเลือกปั๊มจึงอยู่ที่ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ ต้องแน่ใจว่าสามารถให้อัตราการไหลที่มั่นคงภายใต้สภาวะการทำงานต่างๆ การออกแบบหม้อน้ำจำเป็นต้องคำนึงถึงความคุ้มค่าในขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพการกระจายความร้อนเพื่อให้เกิดความคุ้มค่าสูงสุด

04 กลยุทธ์การควบคุม

กลยุทธ์การควบคุมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของระบบทำความเย็นด้วยของเหลว ด้วยอัลกอริธึมการควบคุมที่แม่นยำ อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นและพารามิเตอร์การทำงานของหม้อน้ำสามารถปรับแบบไดนามิกได้ตามอุณหภูมิจริงและสถานะการทำงานของแหล่งความร้อน ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่หรือส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ จะมีเสถียรภาพภายใน ช่วงการทำงานที่เหมาะสมที่สุดเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปหรือเย็นเกินไป

05 กระบวนการผลิต

ความก้าวหน้าของกระบวนการผลิตส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและเทคโนโลยีการประมวลผลไมโครช่องสามารถบรรลุการผลิตแผ่นทำความเย็นเหลวได้อย่างแม่นยำ เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้ขนาดและรูปร่างของช่องทางการไหลมีความแม่นยำมากขึ้น จึงช่วยปรับปรุงความกะทัดรัดและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของทั้งระบบ ในเวลาเดียวกัน กระบวนการผลิตขั้นสูงยังช่วยลดข้อบกพร่องในการผลิต และปรับปรุงความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์

สถานะการสมัครและแนวโน้มการพัฒนา

ด้วยความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้า ตลาดระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวกำลังมีการเติบโตอย่างรวดเร็ว ในด้านหนึ่ง แบรนด์รถยนต์ไฟฟ้าระดับไฮเอนด์จะยังคงใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวเพื่อรักษาความสามารถในการแข่งขันในตลาด ในทางกลับกัน เมื่อต้นทุนด้านเทคโนโลยีลดลง ตลาดระดับกลางและระดับล่างจะค่อยๆ ยอมรับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว นอกจากนี้ ด้วยการสนับสนุนนโยบายระดับโลกและการอุดหนุนสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ ความต้องการของตลาดสำหรับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะขยายตัวต่อไป

ปัจจุบัน รถยนต์ไฟฟ้าระดับไฮเอนด์หลายยี่ห้อเริ่มใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว เช่น Porsche และ Audi และ Model S และ Model X ของ Tesla ใช้ระบบแบตเตอรี่ระบายความร้อนด้วยของเหลว ซึ่งบรรลุการจัดการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพผ่านแผ่นทำความเย็นและระบบหมุนเวียนน้ำหล่อเย็นที่ผสานรวมเข้าด้วยกัน ในชุดแบตเตอรี่