Surmonter les défis de la gestion thermique dans l'industrie des véhicules électriques : guide complet

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Comprendre les enjeux de gestion thermique de la gestion thermique automobile

1-L'importance de la gestion thermique

Les véhicules à énergies nouvelles sont des produits industriels complexes avec un grand nombre de composants et d'assemblages, dont la batterie de puissance est le cœur du véhicule à énergies nouvelles, de sorte que la gestion thermique de la batterie de puissance est une condition préalable pour assurer le fonctionnement sûr, efficace et stable de le véhicule.

La température de fonctionnement optimale pour les batteries de puissance est de 20°C à 35°C. Si la température est trop basse, la capacité de charge et de décharge de la batterie chutera fortement, tandis que si la température est trop élevée, la consistance des cellules de la batterie sera affectée et même un emballement thermique se produira.

La gestion thermique de la batterie peut chauffer la batterie lorsqu'elle est à basse température et dissiper la chaleur lorsque la température est trop élevée, afin de contrôler la température de la batterie dans une plage raisonnable et d'assurer la cohérence de la température de la batterie, rendant la puissance batterie dans un état fiable et efficace.

2-Facteurs affectant la gestion thermique des batteries automobiles

Les difficultés de la gestion thermique des batteries sont principalement les trois problèmes suivants :

1. Contrôle constant de la température de la batterie : la densité d'énergie de la batterie de puissance des véhicules à énergie nouvelle augmente de plus en plus avec le développement de l'industrie, mais en même temps, la densité de puissance élevée de la batterie générera également beaucoup de chaleur avec le processus de charge et de décharge, le une température élevée aura un impact négatif sur les performances de la batterie d'alimentation, comment effectuer une dissipation thermique efficace est l'un des problèmes majeurs

2. Répartition inégale de la température des cellules : En raison de la capacité de production, du matériau de la cellule et des limites d'espace du bloc-batterie, il y aura une répartition inégale des modules à l'intérieur du bloc, entraînant une surchauffe de certains modules.

3. Restrictions de dissipation thermique : Le transfert de chaleur du module de batterie est limité par la méthode de dissipation thermique, la conception du pack, le matériau du pack et la disposition de dissipation thermique, ce qui rend la dissipation thermique plus difficile.

Identification des problèmes courants de gestion thermique

1-Les risques de problèmes de surchauffe

Les batteries d'alimentation dans un environnement surchauffé peuvent avoir de graves impacts négatifs, avec les cinq principaux dangers suivants :

Baisse de la capacité de la batterie : Dans un environnement de fonctionnement surchauffé, les réactions électrochimiques des batteries lithium-ion s'intensifieront rapidement et le taux de transfert d'électrons à l'intérieur de la batterie est plus rapide que le taux de diffusion des ions lithium, ce qui entraîne de moins en moins d'ions lithium logés dans l'électrode positive, réduisant ainsi la capacité de la batterie.
Performances réduites de la batterie : Des températures excessives à l'intérieur du pack peuvent endommager la structure des cellules, telles que les matériaux d'électrode et l'électrolyte, ce qui est à l'origine de la réduction des performances de la batterie et de la capacité de sortie de puissance.
Temps de cycle réduits: Les opérations de charge et de décharge dans des environnements à haute température peuvent accélérer le vieillissement des piles au lithium, réduisant ainsi leur utilisation.
Risque d'emballement thermique : Des températures excessives peuvent réduire la sécurité de la batterie et augmenter le risque d'emballement thermique. Cela peut entraîner des accidents graves tels qu'une batterie prenant feu ou explosant. Des températures élevées augmentent le risque d'emballement thermique de la batterie, ce qui peut entraîner des accidents graves tels qu'un incendie ou même une explosion.
Répartition inégale de la température : Une répartition inégale de la température à l'intérieur du pack peut entraîner des taux de réaction chimique inégaux dans les cellules, ce qui peut affecter les performances de la batterie.

2-Problèmes face à une dissipation thermique efficace

Dans le gestion thermique des batteries de puissance, la dissipation thermique efficace est soumise à diverses contraintes et limitations. Prenons par exemple le mécanisme de transfert de chaleur : la conduction se fait par transfert direct à travers la matière solide, alors que le module de cellule d'une cellule de puissance est généralement séparé par un matériau isolant, limitant la conduction de la chaleur. La convection est un moyen de transfert de chaleur par le mouvement du fluide qui la reçoit, dans le cas des groupes électrogènes, les contraintes d'espace et les formes irrégulières complexes limitent le flux, ce qui entraîne une diminution des performances thermiques. La dissipation thermique par rayonnement est une forme de transfert de chaleur du corps vers des objets plus froids du monde extérieur au moyen du rayonnement, et n'est pas le principal mécanisme de transfert de chaleur dans les blocs d'alimentation, où l'efficacité de la dissipation thermique est influencée par les différences de température et les caractéristiques de surface. L'optimisation de la conception du système de dissipation de la chaleur et le choix des bons matériaux pour la batterie constituent une solution efficace à ces limitations.

3-Solutions

des formes de conception rationnelles pour assurer le contact entre assiette froide et les composants du dissipateur thermique afin de minimiser la résistance d'interface entre toutes les surfaces de contact ;
réaliser une conception rationnelle des canaux pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur, la répartition équilibrée de la température du noyau et l'efficacité de l'utilisation de l'espace ;
la sélection de matériaux d'interface thermiquement conducteurs avec des propriétés de conductivité thermique et de dissipation thermique élevées pour une application au niveau des joints de plaques froides afin de faciliter la fourniture d'interfaces thermiques sans espace et d'améliorer les performances de transfert de chaleur
la sélection de réfrigérants appropriés et la prise en compte de la dynamique des fluides et des propriétés de transfert de chaleur pour optimiser la conception et la distribution du débit du système de refroidissement ;
l'utilisation d'un système de gestion thermique intelligent et l'incorporation de capteurs, d'algorithmes de données et d'analyses pour parvenir à une stratégie de gestion thermique optimale.

Les aspects de sécurité de la batterie doivent également être pris en compte dans la configuration du système. La structure du paquet de batterie, l'isolation et l'emplacement des composants thermosensibles doivent tous être agencés de manière à garantir que la sécurité de la batterie est maintenue tout en dissipant la chaleur.

Des solutions efficaces pour la gestion thermique

1-Options de technologie de refroidissement

Refroidissement liquide à plaque froide : Cette technologie utilise le liquide de refroidissement comme moyen de transfert de chaleur, qui est en contact avec les composants de dissipation de chaleur à travers la plaque froide, où le liquide de refroidissement circule à l'intérieur de la plaque de refroidissement liquide pour évacuer efficacement la chaleur. Cette méthode se caractérise par une conductivité thermique, une capacité de réglage et une efficacité élevées, mais sa composition est complexe, nécessite un système de refroidissement et présente des risques de fuite.

Dissipation thermique à changement de phase : Il s'agit d'une technologie qui utilise les changements d'état de phase d'une substance pour exercer une chaleur latente. Ce type de dissipation thermique présente les avantages d'une densité de stockage de chaleur élevée, d'une fiabilité et d'une fiabilité élevées et d'aucune énergie externe requise, mais est difficile à contrôler et lent à dissiper, et ne peut pas répondre aux besoins de dissipation thermique des batteries de puissance.

Refroidissement par caloduc : Le refroidissement par caloduc est le processus de transfert de chaleur d'une source de chaleur vers un composant dissipateur de chaleur en utilisant le principe de circulation interne du fluide caloporteur. Les avantages sont une flexibilité et une fiabilité élevées et un gain de place, mais l'inconvénient est que l'effet de refroidissement est limité.

Technologie thermoélectrique : Le refroidissement thermoélectrique est une méthode de refroidissement basée sur l'effet thermoélectrique, une technologie de refroidissement générée sur la base de l'effet Seebeck, de l'effet Palatinat et de l'effet Thomson. Sa stabilité et sa fiabilité sont élevées et le contrôle de la température est précis, mais le taux d'efficacité énergétique est relativement faible.

2-Optimisation de la disposition du système

Une disposition raisonnable du système joue un rôle important dans la gestion thermique des véhicules à énergies nouvelles, dans quatre domaines principaux :

Optimisation du chemin de dissipation thermique : La disposition doit optimiser la conception des canaux ou des chemins de dissipation thermique pour garantir que le liquide de refroidissement peut efficacement conduire la chaleur des composants de dissipation thermique vers la plaque de refroidissement/radiateur, maximisant ainsi l'efficacité de la dissipation thermique.

Utilisation de l'espace de la batterie : Une bonne disposition du système doit utiliser pleinement l'espace disponible et minimiser l'écart entre les surfaces de contact afin que le transfert de chaleur ne soit pas compromis.

Position et taille du dissipateur thermique : il doit être placé autour des composants du dissipateur thermique et avoir une surface suffisante pour absorber la chaleur et réduire l'accumulation de chaleur.

Systèmes de sécurité du système : Les matériaux utilisés pour l'isolation, la construction de la batterie et l'emplacement des composants électroniques thermosensibles doivent être soigneusement sélectionnés pour garantir les performances de sécurité de la cellule de puissance.

3- Simulation et analyse thermique

La simulation et l'analyse thermiques ont un rôle très important dans les nouvelles solutions de gestion thermique des énergies. La plupart des travaux de conception et de test de la gestion thermique de la batterie de puissance peuvent être effectués sur le logiciel, ce qui réduit considérablement la conception, la fabrication, les tests et autres travaux fastidieux, réduisant ainsi les coûts de développement.

Lors de la conception du système, une analyse de simulation de champ thermique du pack, du module ou de la batterie peut être effectuée pour sélectionner les méthodes de refroidissement et de chauffage en fonction des données ; lors de la conception du sous-système de refroidissement, les conclusions de la simulation peuvent être utilisées pour déterminer la conception du canal de refroidissement, le fluide de refroidissement, le refroidissement Lors de la conception du sous-système de refroidissement, les composants et paramètres importants tels que la conception du canal de refroidissement, le fluide de refroidissement, l'entrée de refroidissement la température et le débit peuvent être déterminés à l'aide des résultats de la simulation.

Les logiciels de simulation courants incluent STARCCM+, FLUENT, Flotherm, etc.