Giải pháp Pin EV - Vật liệu Giao diện Nhiệt Dùng Để Làm Mát Các Linh Kiện Điện Tử

Tầm Quan Trọng Của Hệ Thống Quản Lý Nhiệt
Các vấn đề liên quan đến nhiệt của pin là những yếu tố chính quyết định hiệu suất, độ an toàn, tuổi thọ và chi phí của nó.

Trước hết, mức nhiệt độ của pin lithium-ion ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất năng lượng và công suất khi sử dụng. Khi nhiệt độ thấp, dung lượng khả dụng của pin sẽ suy giảm nhanh chóng. Việc sạc pin ở nhiệt độ quá thấp (ví dụ dưới 0°C) có thể gây ra hiện tượng quá áp tức thời, dẫn đến lắng đọng lithium bên trong và gây đoản mạch.

Thứ hai, các vấn đề liên quan đến nhiệt của pin lithium-ion ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn của pin. Những khiếm khuyết trong quá trình sản xuất hoặc vận hành không đúng cách trong khi sử dụng có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt một phần ở pin, từ đó dẫn đến phản ứng tỏa nhiệt dây chuyền, và cuối cùng gây ra các sự cố thoát nhiệt nghiêm trọng như khói, cháy, thậm chí là nổ, đe dọa tính mạng của người lái xe và hành khách.

Ngoài ra, nhiệt độ hoạt động hoặc bảo quản của pin lithium-ion ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng của chúng. Nhiệt độ phù hợp cho pin là khoảng 10~30°C; nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ khiến tuổi thọ pin giảm nhanh chóng.

Pin năng lượng quy mô lớn làm cho tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của nó tương đối giảm, nhiệt nội bộ của pin không dễ dàng được tản ra, và càng dễ xảy ra các vấn đề như nhiệt độ bên trong không đồng đều và tăng nhiệt độ cục bộ quá mức, điều này càng khiến pin nhanh xuống cấp, rút ngắn tuổi thọ pin và làm tăng tổng chi phí cho người dùng.

Hệ thống quản lý nhiệt pin là một trong những công nghệ chủ chốt giúp xử lý các vấn đề liên quan đến nhiệt độ pin và đảm bảo hiệu suất, an toàn cũng như tuổi thọ của pin năng lượng. Các chức năng chính của hệ thống quản lý nhiệt bao gồm:
1) Tản nhiệt hiệu quả khi nhiệt độ pin cao, nhằm ngăn ngừa các sự cố mất kiểm soát nhiệt;
2) Khởi động khi nhiệt độ pin thấp, tăng nhiệt độ pin và đảm bảo hiệu suất sạc xả ở nhiệt độ thấp cũng như an toàn;
3) Giảm chênh lệch nhiệt độ trong cụm pin, ức chế sự hình thành các vùng nóng cục bộ, ngăn ngừa pin bị suy giảm quá nhanh tại những vị trí nhiệt độ cao, đồng thời giảm tuổi thọ tổng thể của cụm pin.

Hệ thống quản lý nhiệt Tesla Roadster
HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHIỆT CỦA PIN TESLA ROADSTER

Xe điện thuần túy Roadster của Tesla Motors sử dụng hệ thống quản lý nhiệt pin làm mát bằng chất lỏng. Bộ pin được lắp đặt trên xe được cấu tạo từ 6831 viên pin lithium-ion loại 18650, trong đó 69 viên được kết nối song song thành một cụm (khối), 9 cụm được ghép nối tiếp để tạo thành một tấm, và cuối cùng 11 lớp được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc. Dung dịch làm mát của hệ thống quản lý nhiệt pin là hỗn hợp gồm 50% nước và 50% ethylene glycol.
Hình 1.
(a) là hệ thống quản lý nhiệt bên trong tấm. Ống làm mát được bố trí zíc zắc giữa các pin, và chất làm mát chảy bên trong ống để loại bỏ nhiệt sinh ra từ pin.
(b) là sơ đồ mô phỏng cấu trúc của ống làm mát. Bên trong ống làm mát được chia thành bốn kênh, như thể hiện trong Hình 1.
(c). Hệ thống quản lý nhiệt sử dụng thiết kế trường dòng chảy hai chiều để ngăn chặn sự gia tăng dần nhiệt độ chất làm mát trong quá trình lưu thông. Hai đầu ống làm mát đều là cửa vào và cửa ra của chất lỏng, như được thể hiện trong hình. Như đã hiển thị ở 1
(d). Trám kín giữa các ắc quy và giữa ắc quy với ống bằng vật liệu có tính cách điện nhưng dẫn nhiệt tốt.

Các chức năng là:
(1) Thay đổi hình thức tiếp xúc giữa pin và ống tản nhiệt từ tiếp xúc tuyến tính sang tiếp xúc bề mặt;
(2) Vâng, điều này có lợi cho việc cải thiện độ đồng đều nhiệt độ giữa các tế bào riêng lẻ;
(3) Việc tăng cường khả năng nhiệt tổng thể của bộ pin sẽ có lợi, từ đó giúp giảm nhiệt độ trung bình tổng thể.

Thông qua hệ thống quản lý nhiệt độ nói trên, sự chênh lệch nhiệt độ của từng cell trong bộ pin của Roadster được kiểm soát trong phạm vi ±2°C. Một báo cáo vào tháng 6 năm 2013 cho thấy sau khi chạy được 100.000 dặm, dung lượng của bộ pin Roadster vẫn có thể duy trì ở mức 80%~85% so với dung lượng ban đầu, và sự suy giảm dung lượng chỉ rõ ràng liên quan đến số dặm đã đi, chứ không phải đến nhiệt độ môi trường. Mối quan hệ giữa tuổi xe lại không rõ rệt. Thành tựu đạt được từ các kết quả trên phụ thuộc vào sự hỗ trợ đắc lực của hệ thống quản lý nhiệt độ pin.

Nguyên lý Tản nhiệt của Hệ thống Quản lý Nhiệt Pin Tesla
Các giải pháp nhiệt của Uniontenda technology đảm bảo hiệu suất pin ô tô của bạn ổn định hơn, kéo dài tuổi thọ chu kỳ sử dụng của bộ pin, đồng thời giúp bộ pin hoạt động tốt nhất có thể.
Nguyên lý tản nhiệt: Khi pin hoạt động, lượng nhiệt lớn được sinh ra. Nhiệt này được truyền đến ống làm mát nước thông qua tấm silicon dẫn nhiệt, sau đó ống làm mát nước sẽ truyền nhiệt tới chất làm mát. Chất lỏng trong ống làm mát nước chảy trong bộ pin để loại bỏ nhiệt.
Nguyên lý Tản nhiệt của Hệ thống Quản lý Nhiệt Pin thuộc một Nhà sản xuất Ô tô Nổi tiếng trong nước
Nguyên lý tản nhiệt: sử dụng quạt để chủ động phân tán nhiệt, trong đó quạt cung cấp luồng gió, và luồng gió thổi hướng vào kênh lưu thông của ắc quy nhằm làm nóng bên trong cụm pin. Nguyên lý tản nhiệt: Do chênh lệch nhiệt độ bên trong cụm pin không được kiểm soát trong khoảng 5°C, một miếng silicon dẫn nhiệt được gắn vào phần trên và dưới của cụm pin, giúp dẫn nhiệt từ bên trong ra vỏ nhôm bên ngoài. Nhờ vậy, chênh lệch nhiệt độ toàn bộ mô-đun pin được duy trì trong phạm vi 5°C. Điều này đáp ứng tốt các yêu cầu thiết kế của cụm pin, giúp tăng tuổi thọ và cải thiện tính ổn định của hiệu suất khi vận hành.

Nguyên lý tản nhiệt: Bộ pin sử dụng phương pháp tản nhiệt thụ động. Một miếng đệm nhiệt được dán giữa bộ pin và thanh tản nhiệt nhôm. Các vật liệu giao diện nhiệt truyền nhiệt độ sang tấm nhôm, sau đó tấm nhôm trao đổi nhiệt với không khí.
Nguyên lý tản nhiệt: Bộ pin sử dụng phương pháp tản nhiệt thụ động. Một tấm dẫn nhiệt được dán giữa bộ pin và bộ tản nhiệt nhôm. Tấm silicon nhiệt chuyển nhiệt độ sang bộ tản nhiệt nhôm, từ đó bộ tản nhiệt nhôm trao đổi nhiệt với không khí.