Με τον μετασχηματισμό της παγκόσμιας ενεργειακής δομής και τη βελτίωση της ευαισθητοποίησης για την προστασία του περιβάλλοντος, τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν γίνει μια σημαντική αναπτυξιακή κατεύθυνση της αυτοκινητοβιομηχανίας. Ως «καρδιά» των ηλεκτρικών οχημάτων, η απόδοση και η διάρκεια ζωής των μπαταριών επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία ολόκληρου του οχήματος.
Σε αυτό το πλαίσιο, η σημασία των συστημάτων θερμικής διαχείρισης μπαταριών γίνεται ολοένα και πιο εμφανής και η τεχνολογία υγρής ψύξης, ως μία από τις αποτελεσματικές μεθόδους απαγωγής θερμότητας, έχει γίνει μία από τις βασικές τεχνολογίες για τη βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρικών οχημάτων. Αντιμετωπίζει τις διπλές προκλήσεις της τεχνολογικής προόδου και του ελέγχου του κόστους και σταδιακά έχει γίνει ένα hotspot έρευνας στον κλάδο.
Η τεχνολογία υγρής ψύξης αναφέρεται στην κυκλοφορία υγρών μέσων (όπως νερό, διάλυμα αιθυλενογλυκόλης κ.λπ.) για την απομάκρυνση της θερμότητας που παράγεται από την μπαταρία, διατηρώντας έτσι τη λειτουργία της μπαταρίας σε κατάλληλο εύρος θερμοκρασίας. Αυτή η τεχνολογία είναι ιδιαίτερα σημαντική στα ηλεκτρικά οχήματα υψηλών επιδόσεων, επειδή μπορεί να παρατείνει αποτελεσματικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, να βελτιώσει την ενεργειακή πυκνότητα και την απόδοση φόρτισης.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα ψύξης αέρα, τα συστήματα υγρής ψύξης έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλότερης απόδοσης αγωγιμότητας θερμότητας, μικρότερου μεγέθους και βάρους και χαμηλότερου θορύβου.
Ο σχεδιασμός και η κατασκευή συστημάτων υγρής ψύξης είναι ένα ολοκληρωμένο έργο που απαιτεί από τους μηχανικούς να διαθέτουν διεπιστημονικές γνώσεις και δεξιότητες, καθώς και βαθιά κατανόηση των νέων υλικών, των νέων διαδικασιών και των νέων τεχνολογιών. Οι πολλαπλές βασικές τεχνολογίες που εμπλέκονται περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε:
01 Σχεδιασμός καναλιού ροής
Ο σχεδιασμός του καναλιού ροής είναι ο πυρήνας του συστήματος ψύξης υγρού και επηρεάζει άμεσα τα χαρακτηριστικά ροής και την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας του ψυκτικού. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία προσομοίωσης υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD), οι μηχανικοί μπορούν να προσομοιώσουν τη ροή του ψυκτικού στο κανάλι ροής και να προβλέψουν και να αναλύσουν την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας. Σε συνδυασμό με τη μέθοδο βελτιστοποίησης δομικής τοπολογίας, μπορεί να βρεθεί η βέλτιστη γεωμετρία του καναλιού ροής για την επίτευξη υψηλότερης θερμικής αγωγιμότητας και χαμηλότερης αντίστασης ρευστού.
02 Επιλογή υλικού
Η επιλογή των υλικών έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση του συστήματος υγρής ψύξης. Συνήθως, οι πλάκες υγρής ψύξης επιλέγουν μεταλλικά υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως αλουμίνιο ή χαλκό, τα οποία μπορούν να μεταφέρουν αποτελεσματικά τη θερμότητα από την πηγή θερμότητας και να την απομακρύνουν γρήγορα μέσω του ψυκτικού. Ωστόσο, εκτός από τη θερμική αγωγιμότητα, η αντοχή στη διάβρωση και η μηχανική αντοχή του υλικού είναι επίσης παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη στο σχεδιασμό. Αυτά τα χαρακτηριστικά διασφαλίζουν ότι το σύστημα υγρής ψύξης μπορεί να διατηρήσει μακροπρόθεσμη σταθερότητα και αξιοπιστία σε διάφορα περιβάλλοντα εργασίας.
03 Αντλία και Καλοριφέρ
Η αντλία και το ψυγείο είναι η «καρδιά» και οι «πνεύμονες» του συστήματος υγρής ψύξης. Μαζί, διατηρούν την κυκλοφορία του ψυκτικού και την απαγωγή της θερμότητας. Ως «πηγή ισχύος» του συστήματος υγρής ψύξης, το κλειδί για την επιλογή της αντλίας βρίσκεται στην αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της. Πρέπει να διασφαλίσει ότι μπορεί να παρέχει σταθερό ρυθμό ροής κάτω από διάφορες συνθήκες εργασίας. Ο σχεδιασμός του ψυγείου πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, διασφαλίζοντας παράλληλα την απόδοση απαγωγής θερμότητας για την επίτευξη της βέλτιστης σχέσης κόστους-αποτελεσματικότητας.
04 Στρατηγική Ελέγχου
Η στρατηγική ελέγχου είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος υγρής ψύξης. Μέσω ακριβών αλγορίθμων ελέγχου, ο ρυθμός ροής του ψυκτικού υγρού και οι παράμετροι λειτουργίας του ψυγείου μπορούν να ρυθμιστούν δυναμικά σύμφωνα με την πραγματική θερμοκρασία και την κατάσταση λειτουργίας της πηγής θερμότητας, διασφαλίζοντας έτσι ότι η θερμοκρασία της μπαταρίας ή άλλων βασικών εξαρτημάτων είναι σταθερή εντός το βέλτιστο εύρος εργασίας για την αποφυγή υπερθέρμανσης ή υπερψύξης.
05 Διαδικασία Παραγωγής
Η πρόοδος της διαδικασίας κατασκευής επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος υγρής ψύξης. Η χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης και της τεχνολογίας επεξεργασίας μικροκαναλιών μπορεί να επιτύχει την ακριβή κατασκευή πλακών υγρής ψύξης. Αυτές οι τεχνολογίες κάνουν το μέγεθος και το σχήμα του καναλιού ροής πιο ακριβές, βελτιώνοντας έτσι τη συμπαγή και την απόδοση της απαγωγής θερμότητας ολόκληρου του συστήματος. Ταυτόχρονα, οι προηγμένες διαδικασίες παραγωγής συμβάλλουν επίσης στη μείωση των κατασκευαστικών ελαττωμάτων και στη βελτίωση της συνέπειας και της αξιοπιστίας του προϊόντος.
Επί του παρόντος, πολλές μάρκες ηλεκτρικών οχημάτων υψηλής τεχνολογίας έχουν αρχίσει να υιοθετούν συστήματα ψύξης υγρού, όπως η Porsche και η Audi, και τα Model S και Model X της Tesla χρησιμοποιούν συστήματα μπαταριών υγρής ψύξης, τα οποία επιτυγχάνουν αποτελεσματική θερμική διαχείριση μέσω ενσωματωμένων πλακών ψύξης και κυκλοφορίας ψυκτικού στο πακέτο μπαταριών.
