از دیزل تا برق: سیستم های خنک کننده در واقع به کجا می روند

سیستم خنک کننده ای که قبلا ساده بود

یک سیستم خنک کننده موتور دیزلی یا بنزینی، از نظر مهندسی، از نظر سادگی تقریباً زیبا است. یک منبع احتراق گرما را تولید می کند. یک حلقه خنک کننده آن را به یک رادیاتور می برد. یک فن، یک ترموستات، یک پمپ آب و چندین دهه دانش انباشته در طراحی در مورد نحوه اندازه‌گیری کل چیز.

این سادگی دقیقاً همان چیزی است که وقتی موتور از بین می رود از بین می رود. و ارزش آن را دارد که در مورد معنای واقعی "ناپدید شدن" در اینجا دقیق باشیم، زیرا این فرض که برق رسانی به سادگی مشکل خنک کننده را برطرف می کند، معکوس است. این یک مشکل خنک کننده را با چندین مشکل کوچکتر و سخت تر جایگزین می کند.

چه چیزی در واقع جایگزین آن می شود

یک پیشرانه الکتریکی یک منبع گرما ندارد - حداقل سه منبع گرما دارد و هر کدام طبق قوانین متفاوتی عمل می کنند.

بسته باتری باید تقریباً در یک نوار باریک بماند 25-40 درجه سانتیگراد با یکنواختی بین سلول به سلول، زیرا هم گرمای بیش از حد و هم سرد شدن کم باعث کاهش دامنه، سرعت شارژ و ظرفیت طولانی مدت می شود. موتور و الکترونیک قدرت یک حلقه جداگانه را به طور کامل اجرا می کنند، زیرا تلفات سوئیچینگ اینورتر و IGBT گرمای متمرکزی را در ردپایی بسیار کوچکتر از بسته باتری ایجاد می کند، که اغلب نیاز به خنک کننده موضعی تهاجمی در حجم کم دارد. راحتی کابین حلقه سومی را اضافه می‌کند که اغلب قطعات را با مدار باتری از طریق پمپ حرارتی یا چیلر به اشتراک می‌گذارد تا اینکه کاملاً مستقل کار کند.

این حلقه‌ها در دمای یکسان کار نمی‌کنند، از ترکیب شیمیایی مایع خنک‌کننده در هر طراحی استفاده نمی‌کنند، و اغلب نمی‌توانند بدون به خطر انداختن یک سیستم دیگر با هم ادغام شوند. آن را با واقعیت ترکیب کنید شارژ سریع می تواند چندین برابر بیشتر از شارژ ملایم AC گرمای داخل بسته باتری ایجاد کند و روشن می شود که چرا معماری حرارتی یک EV مدرن کمتر شبیه یک حلقه و بیشتر شبیه یک شبکه خنک کننده توزیع شده کوچک است.

چرا مولفه های بیشتر به معنای کسب و کار کمتر نیست؟

این وسوسه انگیز است که فرض کنیم از دست دادن موتور، اگزوز و خنک کننده روغن کل سخت افزار خنک کننده یک وسیله نقلیه را کوچک می کند. در عمل، برعکس این اتفاق می افتد. به جای یک رادیاتور با اندازه یک منبع گرما، یک معماری EV معمولی به صفحه خنک کننده باتری یا مبدل حرارتی، یک حلقه خنک کننده موتور/اینورتر مجزا، یک رابط چیلر یا پمپ حرارتی، و اغلب یک رادیاتور اختصاصی برای هر حلقه ای که در نهایت گرما را به هوای محیط دفع می کند، نیاز دارد.

بازار بر این اساس در حال افزایش است. تخمین‌ها بر اساس شرکت‌های تحقیقاتی متفاوت است، اما بیشتر آنها به یک بازار جهانی مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی اشاره می‌کنند که تا سال 2026 با نرخ دو رقمی پایین میلیاردی، در اوایل دهه 2030 با نرخ مرکب سالانه در سنین نوجوانی متوسط ​​به بالا رشد می‌کند، که ناشی از افزایش ظرفیت باتری، استانداردهای شارژ سریع‌تر و الزامات ایمنی سخت‌گیرانه‌تر است. این یک مقوله کوچک نیست - به طور کلی یکی از بخش های با رشد سریع تر در مدیریت حرارتی خودرو است.

آنچه تغییر می کند حجم تجارت در دسترس نیست. این شکل قطعات فروخته شده است - کوچکتر، دقیق تر، بیشتر - و نوار گواهی هر یک باید پاک شود.

چه چیزی از تجربه موتور احتراق منتقل می شود - و چه چیزی نیست

تولیدکنندگانی که سال ها صرف ساختن کرده اند خنک کننده های آلومینیومی سبک وزن اینجا از صفر شروع نمی شود شایستگی‌های اصلی مانند طراحی هسته فشرده، چیدمان‌های با چگالی بالا، لحیم کاری و یکپارچگی اتصالات، و ساخت و ساز آلومینیومی با وزن بهینه شده، مستقیماً به صفحات سرد باتری و ژاکت‌های خنک‌کننده موتور منتقل می‌شوند. فیزیک حرکت موثر گرما از یک ساختار آلومینیومی فشرده تغییر نکرده است.

چیزی که به خوبی منتقل نمی شود همه چیز در مورد عایق الکتریکی و شیمیایی مایع خنک کننده است. یک حلقه خنک کننده که در کنار یک بسته باتری ولتاژ بالا اجرا می شود باید خواص دی الکتریک و خطرات خوردگی گالوانیکی را که مدار خنک کننده دیزل هرگز در نظر نمی گرفت، در نظر بگیرد. فرمول‌های خنک‌کننده به طور فزاینده‌ای به سازگاری طولانی‌مدت با شیمی لیتیوم-یون به جای مقاومت در برابر خوردگی برای بلوک‌های چدنی و آلومینیومی نیاز دارند. و تلورانس‌ها به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد - چند درجه از درجه حرارت پخش شده در یک بسته باتری می‌تواند به معنای نرخ‌های پیری سلولی متفاوت در طول عمر خودرو باشد، سطحی از سیستم‌های خنک‌کننده احتراق دقیق هرگز خواسته نشده است.

در این مطلب با عمق بیشتری به این موضوع پرداخته شده است خرابی مبدل های حرارتی صفحه-پره آلومینیومی برای مدیریت حرارتی سیستم انتقال قدرت NEV ، همراه با گسترده تر راهنمای انتخاب انواع و کاربردهای مبدل حرارتی سیستم انتقال قدرت در هر دو سکوی احتراق و الکتریکی.

غذای آماده برای تولیدکنندگان مبدل حرارتی

ناپدید شدن موتور به این معنی نیست که سیستم های خنک کننده با آن ناپدید می شوند - به این معنی است که سازندگان مشکل واحد و کاملاً درک شده دهه ها را صرف بهینه سازی تقسیم به سه یا چهار مورد کوچکتر و سخت گیرانه کرده اند. بسته‌های باتری، موتورها، اینورترها و کابین‌ها همگی به مسیر حرارتی دقیق تنظیم شده خود نیاز دارند و اساساً هر یک هنوز یک مشکل مبدل حرارتی است.

سازندگانی که در موقعیت سود قرار می گیرند، منتظر ثابت ماندن تقاضای خنک کننده با احتراق نیستند. آنها کسانی هستند که قبلاً طراحی هسته و تخصص مواد را با الزامات عایق الکتریکی، شیمی خنک کننده سازگار با باتری، و تحمل یکنواختی شدیدتر تطبیق داده اند - زیرا نقش مدیریت حرارتی در افزایش طول عمر پیشرانه در یک پیشرانه الکتریکی به همان اندازه که در پیشرانه های احتراقی اهمیت داشت، مهم تر است.