Soojusjuhtimistehnoloogia ülevaade 1
1.1 Aku soojusjuhtimine
Aku soojusjuhtimine on elektrisõidukite soojusjuhtimissüsteemi põhikomponent. Selle peamine eesmärk on tagada, et akuplokk säilitaks sobiva töötemperatuuri erinevates töötingimustes, et tagada aku jõudlus, ohutus ja kasutusiga. Aku soojusjuhtimine hõlmab peamiselt kahte aspekti: soojuse hajumist ja kuumutamist. Järgnevalt käsitletakse nende kahe funktsiooni täitmise erinevaid tehnilisi teid.
1.1.1 Aku soojuse hajumine
1) Õhkjahutus. Õhkjahutus on suhteliselt lihtne ja odav soojuse hajutamise meetod. See eemaldab aku tekitatud soojuse loomuliku konvektsiooni kaudu või paigaldades ventilaatori õhuvoolu sundimiseks. Õhkjahutussüsteem toetub soojusvahetuseks peamiselt akuploki pinnal olevale jahutusradiaatorile, mis sobib stsenaariumide jaoks, kus on madala võimsustiheduse nõuded või mõõdukas ümbritseva õhu temperatuur. Kuid õhu väikese erisoojusmahu tõttu on soojusvahetuse efektiivsus suhteliselt piiratud ning suure võimsusega ja suure energiatihedusega akude kiire jahutusvõime nõrk.
2) Vedelikjahutus. Vedeljahutuslahus kasutab soojuskandjana jahutusvedelikku (nagu vesi, etüleenglükooli lahus jne), mis on tõhusa soojusjuhtivuse saavutamiseks tsirkulatsioonitoru kaudu akuga otseses kontaktis. Vedeljahutussüsteem suudab aku temperatuuri täpselt juhtida, eriti suure jõudlusega elektrisõidukite puhul. Vältides tõhusalt aku ülekuumenemist, tagab see aku temperatuuri ühtlase jaotumise, parandades seeläbi aku tööiga ja üldist jõudlust. Vedeljahutusel on aga teatud piirangud. Vedelikjahutussüsteem on keerulisem, esineb vedelikulekke oht, materjali korrosioonikindlusele on kehtestatud teatud nõuded ja hoolduskulud suurenevad.
3) Phase Change Material (PCM) soojuse hajumine. Faasimuutusmaterjalid võivad tahke-vedeliku faasisiirdeprotsessi ajal absorbeerida suurel hulgal varjatud soojust, saavutades seeläbi hea soojuse hajumise efekti. Kui seda kasutatakse aku soojusjuhtimisel, saab PCM-i mässida ümber aku või manustada akumoodulisse, et absorbeerida soojust, kui aku temperatuur tõuseb, mängides rolli aeglases soojuse vabanemises. PCM-i soojuse hajumise eeliseks on konstantsed temperatuurinäitajad, mis takistavad aku temperatuuri järsku tõusu, kuid ka puudused on suhteliselt ilmsed. Selle soojusjuhtivus on suhteliselt halb, reageerimiskiirus on aeglane ja materjalikulu on kõrge.
4) Soojustoru soojuse hajumine. Soojustorud võivad tõhusa soojusjuhtivuse saavutamiseks soojust üle kanda, kasutades töövedeliku faasimuutusprotsessi ilma välise energiasisendita. Aku soojusjuhtimise rakendustes suudavad soojustorud kiiresti soojust kohalikest kuumadest kohtadest üle kanda ja parandada kogu aku temperatuuri ühtlust. Soojustorude eeliseks on kõrge soojusülekande efektiivsus, väike suurus ja kerge kaal, kuid nende struktuur on keeruline, tootmiskulud suhteliselt kõrged ning soojuse hajumise efektiivsuse tagamiseks tuleks tähelepanu pöörata sobiva kondensatsiooniotsa kujundamisele.
5) Otsene jahutussoojuse hajumine. Otsene jahutus tähendab peamiselt jahutuskeskkonda (tavaliselt vedelikku), mis voolab otse läbi akumooduli või akuelemendi, et tõhusalt kontrollida aku töötemperatuuri. See disain võimaldab aku pinnal kiiresti soojust hajutada, mis sobib eriti hästi kõrge temperatuuri ja suure energiavajaduse korral. Otsejahutusel on aga tihendusnõuded äärmiselt kõrged ja kui jahutusvedelik lekib, võib see põhjustada tõsiseid ohutusriske.
1.1.2 Aku soojendamine
1) PTC küte. Positiivse temperatuurikoefitsiendi (PTC) küttekeha põhineb positiivse temperatuuriteguri efektil, st takistus suureneb koos temperatuuriga. Seetõttu võib see pakkuda stabiilset soojusväljundit madala temperatuuriga keskkonnas, piirates samal ajal automaatselt oma temperatuuri liiga kõrgeks. PTC-kütet kasutatakse elektrisõidukites laialdaselt mugavuse tagamiseks, näiteks istmesoojendus ja auto kliimaseadme lisaküte. Isereguleeruvate omaduste tõttu võib see tagada stabiilse ja tõhusa kütteefekti, vältides samal ajal ülekuumenemisest tingitud probleeme. See on tõhus küttetehnoloogia. PTC-küte on aga elektriküte, mis suurendab elektrisõidukite koguenergiatarbimist ja vähendab sõiduulatust.
2) Soojuspumbaga küte. Soojuspumba kliimaseade neelab madala temperatuuriga soojust väliskeskkonnast läbi vastupidise Carnot tsükli ning edastab selle akule ja salongi läbi soojuse kokkusurumise ja vabastamise. Võrreldes traditsioonilise PTC-küttemeetodiga on soojuspump madala temperatuuriga keskkonnas energiasäästlikum, mis aitab säilitada sõiduki jõudlust. Soojuspumbasüsteemide konstruktsioon ja töö on aga keerulisemad, eriti ülimadala temperatuuri tingimustes, kus nende jõudlus langeb. Sel põhjusel on mõned uuringud välja pakkunud uuenduslikke tehnoloogiaid, nagu õhu sissepritse entalpia suurendamine ja kahe allikaga soojuspumbad, et optimeerida soojuspumba jõudlust madalal ümbritseval temperatuuril.
