Публикации

Измерение давления помогает охлаждать литий-ионные аккумуляторы

Наверное, многие из нас видели ролик с внезапным возгоранием ноутбуков или читали о возгорании автомобиля "Шевроле Вольт" через несколько недель после краш-теста. Это случаи так называемого "теплового разгона", которые происходят в литий-ионных батареях и чрезвычайно опасны.

Тепловой разгон обычно вызывается чрезмерным током или высокой температурой окружающей среды и включает несколько фаз:

  • Начиная с 80°C межфазный слой из твердого электролита (SEI) начинает разрушаться, после чего электролит вступает в реакцию с анодом. Эта реакция является экзотермической и быстро приводит к повышению температуры.
  • Повышение температуры приводит к разрушению органических растворителей, а это в свою очередь — к выделению газов. Обычно такие процессы начинаются при температуре около 110°C. Во время этой фазы давление внутри ячеек возрастает, и температура поднимается выше точки возгорания. Однако газ не воспламеняется из-за недостатка кислорода.
  • Наконец, при температуре 135°C разделитель плавится, вызывая короткое замыкание между анодом и катодом, что приводит к разрушению каталитического элемента из оксида металла при температуре 200°C и выделению кислорода, и затем к сгоранию электролита и газообразного водорода. Эта реакция также является экзотермической и вызывает быстрое повышение температуры и давления.
Батареи с жидкостным охлаждением: ответ тепловому разгону

Для регулирования температуры элементов в высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторах для электромобилей производители используют сложные системы управления. Часто в них включены радиаторы с жидкостным охлаждением, которые позволяют контролировать повышение и понижение температур.

Но чтобы реализовать эффективную конструкцию радиатора с жидкостным охлаждением для электрической или гибридной автомобильной батареи, важно определить температуру батареи и профиль теплового потока путем тестирования и записи значений в нескольких местах. Это делается с помощью термопар во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора.

После сбора и анализа этих данных линии тренда экстраполируются в соответствии с данными теплового потока, а затем используются для создания уравнений для отображения профиля теплового потока во время фаз зарядки и разрядки.

После записи профиля модель теплоотвода создается с использованием специального ПО, такого как PTC Creo Parametric 3D. В процессе моделирования пути каналов потока жидкости можно проложить так, чтобы создать желаемые сечения вдоль критических участков.

Но эффективный теплообмен требует точного баланса между скоростью, давлением и температурой жидкости, протекающей через каналы радиатора. Поэтому очень важно оптимизировать давление на входе и выходе, чтобы контролировать расход охлаждающей жидкости через радиатор.

Точное измерение давления оптимизирует теплопередачу

С учетом того, что перепад давления около 0,008273709 бар считается оптимальным, датчики давления, используемые для измерения давления жидкости в радиаторе, должны быть невероятно точными и стабильными в широком диапазоне температур и давлений.

Лишь несколько производителей в мире изготавливают датчики давления, способные надежно выполнить такую задачу. Именно эти приборы поставляются командам разработчиков.

Результаты испытаний, которые записывают эти датчики качества, используются для построения графика максимального и минимального давления при различных объемных расходах, что позволяет сравнивать различные конструкции каналов потока.

Согласно уравнению Бернулли, где квадрат скорости изменяется обратно пропорционально давлению, падение давления увеличивается квадратично по мере увеличения объемного расхода. По этой причине инженеры выбирают более широкие каналы с разрешенной скоростью потока и большим количеством проходов через батарею, тем самым оптимизируя передачу тепла от элементов к радиатору.

Таким образом, во многом благодаря точным измерениям давления на этапе разработки тепло, рассеиваемое посредством принудительной конвекции, значительно улучшает безопасность, надежность и циклическую работу литий-ионных аккумуляторов.


Начало активности (дата): 15.06.2020
15.06.2020
Просмотров:155

Возврат к списку

Нажмите для звонка
8 800 333-65-54
Многоканальный
8 (812) 640-36-69
Офис в г. Санкт-Петербург