ระบบทำความเย็นคืออะไร?
คำถามจาก James Wong, ฟรีมอนต์, แคลิฟอร์เนีย
ฉันทำงานที่โรงงาน GM-Toyota NUMMI เก่าที่นี่ และเราเพิ่งได้ยินมาว่าสักวันหนึ่งเราจะสร้างรถยนต์ไฟฟ้า ผู้คนพูดถึงการระบายความร้อนของแบตเตอรี่อยู่เสมอ เรื่องจริงคืออะไร?
ตอบโดย Richard Flagan ศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม Caltech
(ส่วนใหญ่ฉันทำงานเกี่ยวกับสเปรย์ แต่ช่วงนี้ฉันถูกลากเข้าสู่โครงการแบตเตอรี่กับ JPL และบริษัทรถยนต์หลายโครงการ)
ก้อนลิเธียม-ทำให้เกิดความร้อนอย่างน่าประหลาดใจเมื่อคุณดันมัน แพ็คขนาด 60 kWh ที่ประจุ 3C สามารถถ่ายเทความร้อนได้ 15–20 kW นั่นคือเครื่องทำความร้อนพื้นที่ขนาดเล็กที่ทำงานอยู่ภายในพื้นรถ ปล่อยทิ้งไว้เฉยๆ แล้วเซลล์ตรงกลางจะมีอุณหภูมิ 60 องศา ในขณะที่คุณยังคงพยายามชาร์จให้ถึง 80 % ชีวิตลดลงอย่างรวดเร็วเกิน 45 องศา จึงต้องดึงความร้อนออกมา
ปัจจุบันบรรจุภัณฑ์ส่วนใหญ่ใช้แผ่นความเย็นอะลูมิเนียมแบนที่มีความหนาประมาณ 4-6 มม. พร้อมด้วยช่องประทับตราด้านใน คุณเลื่อนหนึ่งจานระหว่างทุกๆ สองโมดูลหรือใต้กระเป๋าทุกแถว แผ่นนี้เต็มไปด้วยแผ่นความร้อนบางๆ ที่ติดกับพื้นเซลล์ แผ่น Ultium ของ GM ก็เป็นแบบนั้น Tesla เคยหมุนท่อกลมในยุค 18650 และ 2170 ในลักษณะซิกแซก-ดูเหมือนเส้นสปาเก็ตตี้ ใช้งานได้ดี แต่ประกอบยาก แพ็ค 4680 ใหม่ในเท็กซัสใช้ริบบิ้นพับที่กว้างกว่าแทนที่จะเป็นท่อกลม เชื่อมได้ง่ายกว่า
สารหล่อเย็นจะมีไกลคอลเป็นน้ำ 50/50 เกือบทุกครั้ง-โดยมีสารยับยั้งตามปกติ รถแข่งต้นแบบบางคันใช้ไกลคอลบริสุทธิ์หรือแม้แต่น้ำมันซิลิโคน แต่ไม่มีใครจัดส่งสิ่งนั้นให้กับลูกค้า โดยปกติอัตราการไหลจะอยู่ที่ 10–20 ลิตรต่อนาทีสำหรับบรรจุภัณฑ์ขนาดใหญ่ ปั๊มเป็นแบบไร้แปรงถ่านขนาด 400 W ที่ทำงานบนไฟ 12 V โดยอยู่ใต้ฝากระโปรงหน้ารถหรือท้ายรถ
หม้อน้ำตั้งอยู่ด้านหน้าคอนเดนเซอร์เครื่องปรับอากาศ ที่ความเร็วบนฟรีเวย์ คุณจะได้รับอากาศปริมาณมาก แต่เมื่อนั่งอยู่บนซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ในวันที่ 110 องศาฟาเรนไฮต์ในบาร์สโตว์ พัดลมไฟฟ้าจะต้องดึงอย่างแรง นั่นคือสาเหตุที่ Tesla เพิ่มวาล์วปลาหมึกยักษ์เมื่อไม่กี่ปีก่อน-ให้เครื่องทำความเย็นยืมสารทำความเย็นเย็นจากระบบปรับอากาศในห้องโดยสารเมื่อมันร้อนจริงๆ
การแพร่กระจายของอุณหภูมิคือนักฆ่า หากเซลล์ที่เย็นที่สุดคือ 25 องศา และเซลล์ที่ร้อนที่สุดคือ 40 องศา คุณจะสูญเสียวงจรชีวิตแบตเตอรี่ไปประมาณ 15–20 % ท่อร่วมไอดีจึงต้องแบ่งการไหลเท่าๆ กัน บางบริษัทกลึงรูเล็กๆ ลงในแต่ละสาขา อื่นๆ เพียงทำให้ช่องยาวและบาง ดังนั้นแรงดันตกจะบังคับให้ไหลเท่ากัน ชุดเซลล์เบลดของ BYD จ่ายน้ำหล่อเย็นไปตามขอบด้านยาวของเซลล์แทนที่จะเป็นด้านล่าง-อ้างว่ามีความสม่ำเสมอที่ดีกว่า
สภาพอากาศหนาวเย็นเป็นเรื่องที่ไม่มีใครพูดถึงในปี 1999 อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศา คุณไม่สามารถชาร์จได้เร็ว ไม่เช่นนั้น คุณจะชุบโลหะลิเธียมจนเซลล์ตาย ดังนั้นลูปเดิมที่เย็นตัวลงตอนนี้ก็ต้องถูกทำให้ร้อนขึ้น เครื่องทำความร้อน PTC ขนาด 3–5 kW ติดตั้งอยู่ในอ่างเก็บน้ำหรือหลังปั๊ม BMS จะเฝ้าดูแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เหมือนเหยี่ยวในระหว่างการอุ่นเครื่อง
โดยทั่วไปความดันจะอยู่ที่ 1–1.5 บาร์เกจ รักษาจุดเดือดให้อยู่ที่ประมาณ 115–120 องศา คุณจึงไม่มีทางได้รับไอน้ำหากเซลล์ตัดสินใจที่จะคายความร้อน
เราใช้โมดูลเซลล์ 30- เซลล์บนม้านั่งสำรองที่ JPL เมื่อปีที่แล้ว เมื่อระบายความร้อนออก อุณหภูมิก็เพิ่มขึ้นจาก 25 องศาเป็น 65 องศาในเวลาแปดนาทีที่การปล่อยประจุ 200 A เปิดปั๊มที่ 12 ลิตร/นาที และอุณหภูมิอยู่ที่ 38 องศา แปดนาทีเทียบกับไม่เคย นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมทุกแพ็คที่จริงจังถึงมีระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในตอนนี้
นั่นคือภาพพื้นฐาน รายละเอียดเปลี่ยนแปลงทุกปีของรุ่น แต่ฟิสิกส์ไม่เปลี่ยน
