用于热安全电动汽车电池的沉浸式解决方案

解决电动汽车电池快速充电器产生的过大噪音问题的研发工作导致了热管理、散热和降低火灾风险的进步。总部位于英国的专业工程公司 D2H Advanced Technologies 发现噪音发生在车辆的快速充电周期中。这是由于对冷却剂的高泵送功率要求造成的，这对于消散电池热量至关重要。其 OEM 客户满意后，D2H 将研究重点直接转移到批量生产的锂离子电池的热需求上。

在电动汽车电池中，热量积聚会导致加速退化甚至热失控。这个问题可能会出现，因为更大范围和更快的充电对于说服公众相信电力而不是天然气或柴油是未来个人交通工具的能源至关重要。 D2H（其客户包括迈凯轮、雪佛兰赛车和 Formula E）正在与特种化学品公司禾大合作应对这些挑战。

D2H 对 EV 噪音问题的研究工作始于 2019 年，当时一家汽车制造商联系了该公司，询问该问题的确切原因。构建了一个用于物理测试的 32 芯电池模块，并采用了各种潜在的冷却解决方案，包括沉浸式和冷板技术。通过物理和计算流体动力学（CFD）技术将结果关联起来。

重要的额外好处

解决方案是在浸入式系统中使用禾大介电流体，需要降低泵送功率，尤其是在快速充电情况下。 “整个电池都浸没在不导电的冷却剂中，”D2H 工程总监 Chris Hebert 解释说。 “这通过降低峰值电池温度带来显着优势，实现更高的 C 率 [电池充电/再充电率] 并降低每个电池内的温度梯度，从而延长电池组的使用寿命。”

但这提出了一个挑战，因为它否定了使用具有高比热容量的水-乙二醇。 Hebert 解释说，介电液很难达到一半，导致电池从入口到出口的温度梯度更大。然而，通过对电池内部部件和冷却剂流动路径的仔细关注——再加上禾大开发出一种低粘度、低密度的液体——“我们已经能够在保持低泵功率的同时减轻这种情况，”赫伯特说。

D2H 发现，使用禾大流体的沉浸式方法，通过包装的传热效率要高得多。 “我们确认它有可能缓解热管理挑战，”Hebert 指出。 “一个重要的额外好处是低粘度介电流体的高闪点，从而有可能进一步降低火灾风险。”

D2H 对快速充电循环产生的热量的研究涉及电池性能和寿命。 Croda 在作品中的角色被认为是必不可少的，它引入了一种“新颖的”沉浸式流体。 “鉴于浸入式冷却的好处，开发将继续，”赫伯特说。 “随着电池运行温度降低，火灾风险会降低。这种浸入减少了着火的机会。而热量是导致电池老化和性能下降的主要原因。”

包内途径

赫伯特引用加州大学河滨分校研究人员的一份报告发现，这种循环产生的高温和阻力可能会损坏电池，导致加速磨损，在极端情况下，还有火灾风险。研究人员发现，经过 40 次快速充电后，电池的容量约为原始容量的 60%。

人们普遍认为，对于汽车应用，一旦容量降至 80% 以下，锂离子电池就需要更换——这一水平仅在 25 次快速充电循环后即可达到。报告称，此时，电极和电解质暴露在空气中的风险增加，火灾或爆炸的风险增加，尤其是在 60°C 及以上的温度下。

尽管所涉及的时间框架很短，但 D2H 并不仅仅考虑直接的冷却性能。每辆电动汽车的可信度取决于成功的包装以及性能和充电时间。 Hebert 指出，沉浸式冷却可能会带来更多好处：“沉浸式设计无需冷却板，因此更紧凑，这可能会为实际电池提供更大的空间。”

虽然浸入式表面看起来像是一个更重的选择，但 D2H 的研究表明，仔细设计电池组内的通道应该能够在不阻碍流动的情况下减小通道尺寸，从而减少冷却液的体积和重量。

“加强热管理，特别是快速充电循环期间的散热，有可能在未来的迭代中实现更大的功率密度、范围和寿命——同时降低火灾风险，”赫伯特断言。 “需要对该领域进行广泛的研究，我们与禾大的实验工作正在进行中。”

本文由 SAE 欧洲编辑 Stuart Birch 撰写 汽车工程。 有关 D2H 的更多信息，请访问此处 .