La piastra di raffreddamento della batteria (anche comunemente nota come "piastra di raffreddamento della batteria") è il componente di gestione termica del core dei sistemi di batterie, in particolare i pacchi batterie ad alta potenza/ad alta capacità come nuove batterie di energia per veicoli e batterie di accumulo di energia. La sua funzione principale è quella di controllare la temperatura della batteria durante la ricarica e lo scarico attraverso mezzi attivi o passivi, garantendo che la batteria funzioni sempre in un intervallo di temperatura sicuro ed efficiente, evitando il degrado delle prestazioni, la durata della vita ridotta e persino i rischi di sicurezza (come in fuga termica) causati da un surriscaldamento o da una temperatura irregolare.
1 、Ruolo principale: intorno ai tre valori fondamentali di "Controllo della temperatura"
1. Sopprimere il surriscaldamento della batteria ed evitare i rischi di sicurezza
Le batterie (in particolare le batterie agli ioni di litio) generano calore di Joule durante la ricarica e lo scarico (la corrente lavora e genera calore attraverso la resistenza interna) e in condizioni ad alta potenza (come l'accelerazione rapida e la carica rapida di nuovi veicoli energetici), la generazione di calore aumenterà nettamente:
Se la temperatura supera la soglia sicura (di solito 45-60 ℃ per le batterie agli ioni di litio, con lievi differenze per diversi tipi), può causare decomposizione degli elettroliti, danni strutturali a materiali di elettrodi positivi e persino scatenare "in fuga termica" (fuoco, esplosione);
La piastra di raffreddamento assorbe rapidamente il calore e lo conduce sul mezzo di raffreddamento (come il liquido di raffreddamento, l'aria) contattando direttamente o indirettamente la superficie della batteria (come il legame con la cella/modulo della batteria), controllando la temperatura della batteria entro un intervallo di sicurezza e riducendo il rischio di fuga termica dalla sorgente.
2. Bilancia la differenza di temperatura della batteria per garantire prestazioni stabili
Un pacco batteria è composto da dozzine o addirittura centinaia di singole celle. Se la dissipazione del calore è irregolare, potrebbe esserci un problema di differenza di temperatura di "alta temperatura locale, bassa temperatura locale" (come una differenza di temperatura superiore a 5 ℃ tra il bordo e il centro del pacco batteria):
Monomero ad alta temperatura: decadimento più rapido e durata del ciclo più breve;
Cellule a bassa temperatura: bassa efficienza di ricarica e scarico (come una ridotta gamma invernale) e persino incapaci di partecipare alla ricarica e allo scarico normalmente, causando "in ritardo l'intero pacco batteria";
La piastra di raffreddamento è progettata con canali di flusso uniformi (come canali serpentini, canali paralleli) o strutture di dissipazione del calore per garantire che il calore sia trasportato uniformemente, riduca la differenza di temperatura tra le singole celle (di solito necessaria per essere controllate entro 3-5 ℃) e consentire a tutte le prestazioni della batteria di essere sincronizzato, evitando l'effetto "a barra".
3. Mantenere una temperatura operativa ottimale ed estendere la durata della batteria
La batteria ha un "intervallo di temperatura operativa ottimale" (di solito 20-40 ℃), all'interno del quale:
La più alta efficienza di ricarica (evitando la ricarica lenta a bassa temperatura e la deposizione di litio durante la ricarica ad alta temperatura);
Il decadimento della capacità è il più lento (ad alta temperatura accelera l'invecchiamento dei materiali degli elettrodi, la bassa temperatura porta alla formazione di dendriti di litio, entrambi abbreviano la durata della vita);
La piastra di raffreddamento regola dinamicamente l'intensità di dissipazione del calore (come l'avvio e l'arresto automatico del sistema di raffreddamento in base alla temperatura della batteria, regolando la portata del refrigerante), stabilizzando la batteria nell'intervallo ottimale per lungo
2 、Funzione ausiliaria: estensione della funzione adattata a diversi scenari
Compatibile con preriscaldamento a bassa temperatura (design parzialmente integrato): alcune piastre di raffreddamento adottano una struttura di "integrazione calda fredda" (come l'integrazione di elementi di riscaldamento nel canale di flusso), che può essere commutata in "modalità di riscaldamento" a basse temperature in inverno. La batteria viene preriscaldata attraverso le pinne del liquido di raffreddamento/riscaldamento, risolvendo i problemi di bassa attività della batteria e a corto raggio a basse temperature (specialmente adatte a nuovi veicoli energetici nelle regioni del nord freddo).
Protezione della struttura della batteria e riduzione dell'impatto delle vibrazioni: alcune piastre di raffreddamento (come la piastra raffreddata ad acqua di nuove batterie di alimentazione del veicolo energetico) sono dotate di materiali ammortizzanti (come cuscinetti di silicone conduttivo termico) se collegati alla batteria. Oltre a migliorare la conduttività termica, possono anche ammortire le vibrazioni durante il funzionamento del veicolo, evitando allentamento strutturale o scarso contatto dell'elettrodo delle celle della batteria a causa delle vibrazioni a lungo termine.
3 、Scenario di adattamento chiave: perché le batterie ad alta potenza si affidano alle piastre di raffreddamento?
Nuova batteria di potenza del veicolo energetico: è lo scenario di applicazione più core per le piastre di raffreddamento. A causa dell'elevata potenza di ricarica e scarico della batteria durante il funzionamento del veicolo (come la potenza di picco che raggiunge centinaia di chilowatt) e lo spazio di installazione chiuso (scarse condizioni di dissipazione del calore all'interno del pacco batteria), è necessario utilizzare piastre di raffreddamento (principalmente piastre raffreddato ad acqua) per dissipare forzatamente il calore, altrimenti influenzerà seriamente la gamma e la sicurezza;
Sistema batteria di accumulo di energia: il pacco batteria di centrali elettriche di accumulo di energia di grandi dimensioni (come l'abbinamento di energia fotovoltaico/vento) ha una grande capacità e può essere caricato e scaricato a lungo. Se la temperatura è troppo alta, la capacità decaderà rapidamente. Le piastre di raffreddamento possono garantire il funzionamento stabile a lungo termine del sistema di accumulo di energia;
Le batterie industriali ad alta potenza, come quelle utilizzate nei carrelli elevatori e nei robot AGV, generano una grande quantità di calore attraverso frequenti carico e scarico rapidi. La piastra di raffreddamento può impedire alla batteria di spegnere frequentemente a causa del surriscaldamento e migliorare l'efficienza del funzionamento dell'attrezzatura.
