Liitium-ioonaku soojusjuhtimise tehnoloogia
Liitium-ioonakud on ülemaailmsel elektri- ja tarbijaakude turul olulisel kohal, mistõttu on nende soojusjuhtimistehnoloogia pälvinud tööstuses alati suurt tähelepanu. Need tehnoloogiad arenevad lihtsast õhkjahutusest liitjahutuseni ning igal tehnoloogial on oma eripärad ja väljakutsed. Allpool tutvustatakse üksikasjalikult erinevaid jahutustehnoloogiaid.
õhkjahutus.
Õhkjahutuse võib jagada passiivseks loomulikuks jahutuseks ja aktiivseks sundjahutuseks. Mõlemad meetodid kasutavad jahutuse saavutamiseks õhuvoolu aku tekitatud soojuse eemaldamiseks. Selle eeliste hulka kuulub lihtne struktuur, odav, keskkonnakaitse ja saaste puudumine.
Loomulik jahutus: see on passiivne jahutustehnoloogia, mis nõuab ainult jahutusõhukanalite projekteerimist. Näiteks varajane elektriauto Nissan Leaf kasutas seda jahutusmeetodit. Selle meetodi abil on aga raske täita toiteakude tõhusat jahutusvajadust ja see võib mõjutada aku eluiga.
Sundõhujahutus: võrreldes loomuliku jahutusega suurendab see tehnoloogia õhuvoolu ja parandab jahutusefekti, lisades ventilaatoreid ja muid seadmeid. Kuid see tähendab ka suurenenud müra ja energiatarbimist. Lisaks saab õhuvoolukanali kuju reguleerides jahutusefekti veelgi parandada.
Vedelikjahutuse tehnoloogia
Vedeljahutus kasutab jahutusvedelikku aku soojusvahetuseks, hajutades soojust tõhusalt ja kiiresti. See tehnoloogia jaguneb otseseks vedelikjahutuseks ja kaudseks vedelikjahutuseks. Otsese vedelikjahutuse korral on jahutusvedelik otsekontaktis akuga, näiteks sukelvedeliku jahutamisel. Kaudne vedelikjahutus saavutab jahutusefekti spetsiifiliste komponentide, näiteks jahutusplaatide kaudu.
Jahutusplaadi vedelikjahutus
Võrreldes õhkjahutusega on jahutusplaadi vedelikjahutustehnoloogia tõhusam ja jahutusplaadid on enamasti valmistatud alumiiniumist või alumiiniumisulamist ning hind on suhteliselt madal. Peamine uurimissuund on jahutusplaadi struktuuri ja vedeliku vooluomaduste optimeerimine, et lihtsustada tootmisprotsessi ja suurendada selle tõhusust.
Hiljutised uuringud on keskendunud jahutusvedeliku kanalite disainile ja jahutusvedeliku voolu suunale. Näiteks konstrueerisid mõned eksperdid uut tüüpi vedelikjahutusplaadi, mis põhines serpentiini voolukanalil. See uus disain võib teatud tingimustel oluliselt parandada jahutuse efektiivsust. Mõned eksperdid on projekteerinud ka ruudukujulistel patareidel põhineva kärgstruktuuriga jahutusplaadi. See disain parandab soojuse hajumise efekti, lisades jahutuskanalid. Kõik need uuringud näitasid, et jahutusvedeliku kanali mõistlik disain ja voolu suund on temperatuuri ühtluse jaoks kriitilise tähtsusega. Üldiselt on jahutusplaadi vedelikjahutustehnoloogia üsna küps ja seda kasutatakse laialdaselt mitmesugustes elektriseadmetes.
Üldiselt on külmplaadi vedelikjahutustehnoloogia enamiku rakendusstsenaariumide jaoks väga tõhus. Selle peamised materjalid, nagu vask ja alumiinium, on heade soojusjuhtivusomadustega ja mõõdukalt kuluefektiivsed, mistõttu sobivad need ideaalselt kasutamiseks elektrisõidukites või muudes kõrgete jahutusnõuetega seadmetes. Praktilistes rakendustes on kvaliteetse jahutusefekti tagamiseks vaja projekteerida sobivad jahutuskanalid ja valida sobivad materjalid lähtuvalt aku tüübist ja struktuurist.
Sukeldatud vedelikjahutus
Sukeldusvedeliku jahutustehnoloogia uputab aku ja muud soojust tekitavad komponendid täielikult jahutusvedelikku. Võrreldes traditsioonilise õhkjahutusega vähendab see tehnoloogia müra ja energiatarbimist ning kontrollib paremini ka aku temperatuuri. Vaatamata selle tehnoloogia suurepärastele tulemustele on selle peamiseks puuduseks süsteemi suhteliselt suur kaal ja maht, mis piirab selle rakendamist elektrisõidukites. Kuid fikseeritud energiasalvestavate elektrijaamade jaoks on see tehnoloogia ideaalne.
Sukeldatud vedelikjahutuse puhul kasutatakse jahutusvedelikuna peamiselt isoleerõli ja fluoritud vedelikku, kuigi hind on kõrgem. Kuid uuringud on tõestanud, et see jahutustehnoloogia suudab tagada, et aku keskmine temperatuuritõus ei ületa 5 kraadi ja elementide temperatuuride erinevus on ainult 2 kraadi. See aitab parandada energiasalvestavate elektrijaamade kasutusiga ja ohutust.
Faasimuutusmaterjali jahutustehnoloogia
Faasimuutusmaterjalidel (PCM) põhinev aku soojusjuhtimise tehnoloogia on uuenduslik meetod, mis hoiab akut optimaalsel temperatuuril, kasutades ära PCM-i soojuse salvestamise ja vabastamise omadused. Sellel lähenemisel on mitmeid eeliseid: see ei nõua lisaenergiat, sellel pole liikuvaid osi, seda on vähe hooldatud ja see tagab aku ühtlase temperatuuri hästi.
Praegu on soojusjuhtimises tavaliselt kasutatavad PCM-materjalid järgmised: orgaanilised materjalid, nagu parafiinid, alkaanid ja orgaanilised happed.
Anorgaanilised materjalid, nagu vesilahused, soolahüdraadid ja sulasoolad.
Eutektilised materjalid
Kuid PCM-i enda soojusjuhtivus ei ole kõrge, seetõttu lisatakse selle soojusjuhtivuse parandamiseks tavaliselt muid materjale, nagu vaskvaht, paisutatud grafiit ja nanoosakesed. See võib lahendada ka mõned PCM-i füüsilised probleemid, näiteks voolavusprobleemid pärast faasimuutust.
Selle intuitiivsemaks mõistmiseks võime viidata mõnele hiljutisele uuringule. Näiteks lõid mõned eksperdid komposiitfaasimuutusmaterjali, mis koosnes lauriinhappest ja parafiinvahast koos paisutatud grafiidiga. See materjal alandas edukalt teatud aku maksimaalse temperatuuri 42,39 kraadini. Teised uuringud on samuti näidanud, et PCM-i jahutavat toimet saab veelgi suurendada, kui seda kombineerida teiste jahutusmeetoditega, näiteks õhkjahutusega.
Termoelektriline jahutustehnoloogia
Termoelektriline jahutus on täiustatud aktiivne jahutustehnoloogia, mis põhineb Peltieri efektil. Lihtsamalt öeldes, kui elektrivool läbib teatud materjali, neelab see soojust ühelt poolt ja vabastab selle teiselt poolt, luues jahutava efekti. Selle tehnoloogia peamiste eeliste hulka kuuluvad: külmutusagensi puudumine, madal energiatarbimine, kiire käivitamine, hea stabiilsus, madal müratase ja liikuvate osade puudumine. Kuid ilmsed on ka väljakutsed, nagu madal jahutustõhusus ja raskused suurte seadmete valmistamisel.
Teadlased on läbi viinud suure hulga katseid, et optimeerida selle tehnoloogia rakendamist akude soojusjuhtimissüsteemides. Näiteks mõned eksperdid kavandasid süsteemi, mis ühendab kahe ränidioksiidi jahutusplaadi vaskvõrgu ja õhkjahutusega. Nad leidsid, et ränidioksiidi jahutusplaadi paksus on seotud aku temperatuuritaluvusega ja optimaalseks paksuseks määrati 1,5 mm. Teises uuringus kombineeriti termoelektriline jahutus vedelikjahutusega ning katsed on näidanud, et see kombinatsioon võib jahutusefekti tõhusalt parandada.
