Što je sustav hlađenja?
Pitanje od Jamesa Wonga, Fremont, Kalifornija.
Ovdje radim u staroj tvornici GM-Toyote NUMMI i upravo smo čuli da ćemo jednog dana napraviti električni automobil. Ljudi stalno govore o hlađenju baterija. Što je prava priča?
Odgovorio Richard Flagan, profesor kemijskog inženjerstva i inženjerstva okoliša, Caltech.
(Uglavnom radim s aerosolima, ali u posljednje sam vrijeme bio uvučen u nekoliko projekata baterija s JPL-om i automobilskim tvrtkama.)
Litij-ionski paket stvara iznenađujuću količinu topline kada ga gurnete. Paket od 60 kWh pri punjenju od 3C može ispustiti 15–20 kW topline. To je mali grijač prostora koji radi unutar poda automobila. Ostavite ga na miru i središnje ćelije dosegnu 60 stupnjeva dok vi još pokušavate doći do 80 % napunjenosti. Život brzo pada iznad 45 stupnjeva, pa morate izvući toplinu.
Većina paketa sada koristi ravne aluminijske ploče za hlađenje debljine oko 4-6 mm s utisnutim kanalom iznutra. Gurnete jednu ploču između svaka dva modula ili ispod svakog reda vrećica. Ploča je ispunjena tankim slojem termalne paste uz dno ćelija. GM-ove Ultium ploče su takve. Tesla je motao okruglu cijev ispod 18650-ih i 2170-ih u cik-cak-izgleda kao špageti, radi dobro, ali teško ju je sastaviti. Novo pakiranje 4680 u Texasu prešlo je na širu presavijenu vrpcu umjesto okrugle cijevi. Lakše za zavarivanje.
Rashladno sredstvo je gotovo uvijek 50/50 voda-glikol s uobičajenim inhibitorima. Neki prototipovi trkaćih automobila pokreću čisti glikol ili čak silikonsko ulje, ali to nitko ne isporučuje kupcima. Protok je obično 10-20 litara u minuti za veliko pakiranje. Pumpa je mala stvarčica bez četkica od 400 W koja radi na 12 V. Živi ispod haube ili u prtljažniku.
Hladnjak se nalazi ispred kondenzatora klima uređaja. Pri brzini na autocesti imate dovoljno zraka, ali dok sjedite u Superchargeru na dan od 110 stupnjeva F u Barstowu, električni ventilator mora snažno potegnuti. Zato je Tesla prije nekoliko godina dodao mali ventil hobotnice-koji omogućuje hladnjaku da posuđuje hladno rashladno sredstvo iz klima-uređaja kabine kada je stvarno vruće.
Širenje temperature je ubojica. Ako je najhladnija ćelija 25 stupnjeva, a najtoplija 40 stupnjeva, gubite možda 15–20 % životnog ciklusa paketa. Dakle, ulazni razvodnik mora ravnomjerno podijeliti protok. Neke tvrtke strojno uređuju sićušne otvore u svaku granu. Drugi samo čine kanale dugim i tankim tako da pad tlaka dovodi do jednakog protoka. BYD-ov paket ćelija s oštricama vodi rashladnu tekućinu duž dugog ruba ćelije umjesto donjeg-zahtjeva bolju ujednačenost.
Hladno vrijeme je dio o kojem nitko nije govorio 1999. Ispod otprilike 0 stupnjeva ne možete brzo puniti ili napunite litij metalom i ubijete ćeliju. Dakle, ista petlja koja se hladi sada se mora grijati. PTC grijač od 3–5 kW nalazi se u spremniku ili odmah iza pumpe. BMS promatra voltaže ćelija poput sokola tijekom predgrijavanja.
Tlak je obično 1–1,5 bara. Održava vrelište na oko 115–120 stupnjeva tako da nikada nećete dobiti parne džepove ako ćelija odluči postati egzotermna.
Prošle smo godine u JPL-u proveli modul od 30-ćelija na stolu. S hlađenjem je prešao s 25 stupnjeva na 65 stupnjeva za osam minuta pri pražnjenju od 200 A. Pumpu uključite na 12 L/min i postavite je na 38 stupnjeva. Osam minuta naspram nikad - zato svako ozbiljno pakiranje sada ima tekuće hlađenje.
To je osnovna slika. Detalji se mijenjaju svake godine modela, ali fizika ne.
