Pemasok dan Produsen Solusi Manajemen Termal Baterai Teratas

Manajemen termal baterai (BTM) melibatkan pengaturan suhu baterai secara aktif atau pasif untuk menjaganya dalam kisaran pengoperasian ideal 10°C–45°C. Persyaratan teknis lebih lanjut juga mencakup pengendalian perbedaan suhu antara setiap baterai dalam kemasan baterai hingga di bawah 5°C. Fungsi intinya meliputi pendinginan, pemanas, dan penyeimbangan suhu, memastikan pengoperasian baterai yang aman dan efisien dalam berbagai kondisi lingkungan.

Tujuan intinya adalah:
1. Mencegah pelarian termal: Hindari suhu tinggi yang memicu reaksi berantai eksotermik (seperti kebakaran atau ledakan);
2. Optimalkan kinerja baterai: Panaskan unit baterai pada suhu rendah untuk meningkatkan kapasitas pengosongan daya dan dinginkan pada suhu tinggi untuk mempertahankan keluaran daya;
3. Memperpanjang umur baterai: Mengurangi fluktuasi suhu yang menyebabkan penurunan daya baterai (seperti pelapisan litium atau penebalan film SEI).

Baterai listrik merupakan sumber energi untuk kendaraan listrik. Selama pengisian dan pemakaian, baterainya sendiri menghasilkan panas dalam jumlah besar, menyebabkan peningkatan suhu. Suhu yang meningkat dapat mempengaruhi berbagai karakteristik baterai, seperti resistensi internal, voltase, keadaan biaya (Soc), kapasitas yang tersedia, efisiensi pengisian/pengosongan, dan umur baterai.

Efek termal baterai juga berdampak pada keselamatan kendaraan, pertunjukan, dan siklus hidup baterai. Saya akan menguraikan poin-poin ini di bagian berikut, jadi silakan lanjutkan membaca. Karena itu, manajemen termal baterai adalah hal yang paling penting.

1 Akurasi kontrol suhu: Meminimalkan perbedaan suhu antar sel individual dalam unit baterai, dengan perbedaan suhu maksimum ≤5°C.
2 Kontrol rentang suhu: Pertahankan suhu baterai dalam kisaran optimal 10–45°C.
3 Rasio efisiensi energi: Minimalkan konsumsi daya BTMS untuk mengurangi dampaknya terhadap jangkauan kendaraan.
4 Penindasan pelarian termal: BTMS mencegah pelepasan panas melalui pemantauan suhu dan pendinginan cepat, yang merupakan inti dari keselamatan.

Saat ini, solusi paling andal dan praktis untuk manajemen termal baterai EV adalah teknologi pendingin cair. Saya akan menggunakan pendingin cair sebagai contoh untuk menjelaskan.

1. Penyerapan panas (baterai → cairan pendingin)
Panas yang dihasilkan selama pengisian dan pengosongan baterai ditransfer ke pelat pendingin cair yang bersentuhan dengan baterai melalui konduksi termal. Pendingin mengalir melalui saluran mikro di dalam pelat pendingin cair, menyerap panas melalui pertukaran panas konvektif, menyebabkan suhu cairan pendingin meningkat.
2. Perpindahan panas (pendingin → radiator)
Pendingin yang dipanaskan digerakkan oleh pompa air listrik dan diangkut melalui pipa ke radiator. Radiator menghilangkan panas ke lingkungan melalui pendinginan udara paksa, menyebabkan suhu cairan pendingin menurun.
3. Sirkulasi
Pendingin yang didinginkan kembali ke pelat pendingin cair, membentuk sirkulasi loop tertutup.

Singkatnya, prinsip operasinya didasarkan pada mekanisme fisik konduksi panas dan perpindahan panas konvektif, mencapai penyerapan, transfer, dan pembuangan panas baterai melalui sistem pendingin loop tertutup.

Ada berbagai jenis BTMS, dan perusahaan yang berbeda memiliki desain yang berbeda. Karena itu, berikut ini hanya komponen utamanya saja:
1 Media perpindahan panas: udara, pendingin, bahan perubahan fasa, dll..
2 Komponen pertukaran panas: Radiator, pelat pendingin cair, pipa panas, dll..
3 Drive units: electric water pumps, fans, electromagnetic vibrators, dll..
4 Sensing and control: temperature sensors (monitoring cell/module temperatures), BMS control units (regulating flow rate/fan speed based on temperature feedback)
5 Accessory components: PTC heaters, insulation materials, thermal interface materials, dll..

Umumnya, there are two main types: active cooling and passive cooling. The main difference is whether energy consumption occurs. If energy consumption occurs, it is active cooling; if there is zero energy consumption, it is passive cooling.

The active cooling system includes the following:

1. Air-cooled cooling system

This system primarily utilises the principle of air convection to circulate air within the battery compartment. Sirkulasi udara membawa panas dari baterai, sehingga menurunkan suhunya. Serentak, udara mengalami pertukaran panas lebih lanjut di dalam evaporator, dimana refrigeran menguap untuk menurunkan suhu sirkulasi udara. Keuntungan: Struktur sistem sederhana, Biaya rendah, dan perawatan yang mudah.
Kekurangan: Kinerja pembuangan panas suhu tinggi yang buruk, efisiensi startup suhu rendah yang rendah, dan stabilitas yang tidak merata antar baterai.

2. Sistem pendingin langsung refrigeran

Sistem ini terutama menggunakan prinsip panas laten penguapan zat pendingin. Sistem pendingin udara dipasang di dalam sistem baterai, dengan pelat pendingin dipasang di dalam sistem baterai. Refrigeran menguap di dalam pelat pendingin, menghilangkan panas dari sistem baterai dengan cepat dan efisien untuk mencapai pendinginan.

Keuntungan: Struktur sederhana, distribusi suhu yang secara teoritis seragam, dan kinerja pendinginan yang baik;
Kekurangan: Saat ini, teknologinya belum matang, dan komersialisasi tidak mungkin terjadi dalam jangka pendek.

3. Integrasi: Sistem Pendinginan Berpendingin Air Bersama

Penukar panas pelat ditambahkan dan digabungkan ke sistem pendingin udara. Baterai bertukar panas dengan cairan pendingin melalui pelat pendingin. Pendingin yang didinginkan atau dipanaskan dipompa ke penukar panas pelat, dimana refrigeran mengalir ke satu sisi dan cairan pendingin mengalir ke sisi lainnya. Panas dihilangkan oleh zat pendingin, dan cairan pendingin mengalir keluar dari penukar panas pelat dan kembali ke baterai, menyelesaikan siklus.

Keuntungan: Struktur kompak, komponen pemanas baterai terintegrasi, efisiensi start-up suhu rendah yang tinggi, pendinginan suhu tinggi yang sangat baik, dan distribusi suhu yang seragam.
Kekurangan: Berbagai komponen sistem dan strategi pengendalian yang kompleks.

4 Sistem Pendingin Cairan Baterai Independen

Saat baterai membutuhkan pendinginan, itu menukar panas dengan cairan pendingin melalui pelat pendingin. Pendingin yang dipanaskan dipompa ke penukar panas pelat melalui pompa air elektronik. Di dalam penukar panas pelat, refrigeran mengalir ke satu sisi dan cairan pendingin mengalir ke sisi lainnya, tempat pertukaran panas. Panasnya dihilangkan oleh zat pendingin, dan cairan pendingin mengalir keluar dari penukar panas pelat dan kembali ke baterai, menyelesaikan siklus.
Saat baterai membutuhkan pemanasan, sirkuit pendingin ditutup dan pemanas cairan PTC diaktifkan. Pendingin yang dipanaskan kemudian dimasukkan ke dalam baterai, di mana ia memanaskan baterai melalui pelat pendingin. Suhu internal baterai dikontrol dengan mengontrol sirkuit pendingin dan pemanas cairan PTC.

Keuntungan: Struktur kompak, komponen pemanas baterai terintegrasi, efisiensi permulaan suhu rendah yang tinggi, pendinginan suhu tinggi yang sangat baik, dan distribusi suhu yang seragam.
Kekurangan: Berbagai komponen sistem dan strategi pengendalian yang kompleks.

Sistem pendingin cairan baterai independen terdiri dari kompresor, kondensator, katup ekspansi, penukar panas pelat, pompa air elektronik, Pemanas cair PTC, tangki ekspansi, dan kontrol listrik.

Sistem pendingin pasif meliputi yang berikut ini:

1. Manajemen Termal Baterai Bahan Perubahan Fase (PCM-BTM)

Sistem ini memanfaatkan sifat panas laten bahan perubahan fasa (PCM), menyerap atau melepaskan panas melalui transisi fase padat-cair. Ini mentransfer panas melalui sifat fisik material, menghilangkan konsumsi energi sistem pendingin aktif.

Keuntungan: Tidak ada konsumsi energi, suhu yang konsisten.
Kekurangan: Beban berat, umur pendek.

2. Teknologi Pipa Panas

Teknologi pipa panas adalah elemen konduktivitas termal yang sangat efisien yang memanfaatkan perubahan fasa dalam cairan untuk perpindahan panas. Ini terdiri dari cangkang tabung, sebuah sumbu, dan penutup akhir. Tekanan negatif tercipta di dalam tabung dan diisi dengan cairan dengan titik didih rendah. Ketika salah satu ujungnya dipanaskan, cairan menguap dan menguap. Uap mengalir ke ujung yang dingin, mengembun dan melepaskan panas. Cairan yang terkondensasi kemudian mengalir kembali ke ujung penguapan melalui aksi kapiler, membentuk sebuah siklus.

Keuntungan: Tidak ada konsumsi energi, suhu seragam.
Kekurangan: Biaya tinggi dan desain yang rumit. Hal ini terutama digunakan dalam peralatan pesawat ruang angkasa.

BTMS: Berfokus pada kontrol suhu dan merupakan subsistem eksekusi BMS.
BMS: Mencakup empat fungsi utama: pemantauan status, kontrol listrik (YAITU., logika pengisian dan pengosongan), kontrol termal (YAITU., BTMS), dan perlindungan keselamatan (deteksi isolasi).Singkatnya, kedua sistem berkolaborasi untuk mengelola kontrol termal pada kendaraan listrik dengan bertukar data dan perintah melalui bus CAN. BTMS adalah subsistem inti BMS, bertanggung jawab untuk kontrol batas keamanan termal. Tanpa BMS dan BTMS, risiko kerusakan baterai meningkat secara signifikan.

Larutan air etilen glikol, cairan berfluorinasi, air deionisasi, minyak mineral, nanofluida, dll..

Timbulnya panas selama pengisian dan pengosongan merupakan fenomena fisik dan kimia yang tidak dapat dihindari. Hal ini disebabkan hilangnya energi selama proses konversi dan karakteristik material internal.
1 Panas joule — Saat arus mengalir melalui komponen resistif di dalam baterai, energi listrik diubah menjadi energi panas, sesuai dengan hukum Joule: Qj = I²Rt.
2 Panas reaksi — Panas perubahan entropi yang dihasilkan ketika ion litium dimasukkan ke dalam atau dikeluarkan dari elektroda.
3 Panas polarisasi — Panas yang dihasilkan karena konsumsi energi tambahan yang disebabkan oleh terhambatnya transfer muatan pada permukaan elektroda.

Panas berlebih yang terlokalisasi di dalam baterai memicu reaksi berantai reaksi eksotermik. Suhu meningkat dengan cepat beberapa ratus derajat per detik hingga lebih 800 derajat, disertai pelepasan katup pelepas tekanan dan kebakaran.

Peningkatan suhu mempengaruhi kapasitas penggunaan dan siklus hidup baterai.

Siklus hidup:
Seperti yang terlihat dari kedua grafik tersebut, suhu mempunyai dampak yang signifikan terhadap masa pakai baterai. Untuk sel baterai yang sama, pada suhu sekitar 23°C, kapasitas yang tersisa setelahnya 6,238 hari adalah 80%. Jika baterai terkena suhu sekitar 55°C, kapasitas yang tersisa mencapai 80% setelahnya saja 272 hari. Kenaikan suhu sebesar 32°C mengakibatkan a 95% pengurangan umur sel. Seperti yang ditunjukkan pada grafik, semakin tinggi suhunya, semakin parah penurunan masa pakai baterai.

Kapasitas yang Tersedia:
Seperti yang ditunjukkan pada dua grafik, suhu juga secara signifikan mempengaruhi kapasitas baterai yang tersedia. Untuk tipe sel yang sama, ketika kapasitas yang tersisa adalah 90%, kapasitas keluaran pada 25°C adalah 300 kwh, sedangkan pada suhu 35°C, kapasitas outputnya saja 163 kwh. Kenaikan suhu sebesar 10°C menyebabkan a 45% penurunan kapasitas sel yang dapat digunakan.
Ringkasan:
Pada suhu rendah (<0°C), kapasitas baterai turun 30%–50%. Hal ini disebabkan oleh peningkatan viskositas elektrolit dan berkurangnya mobilitas lithium-ion. Pada suhu tinggi (>45°C), siklus hidup semakin cepat dan risiko pelepasan panas meningkat. Hal ini disebabkan oleh penebalan film SEI yang terus menerus dan hilangnya litium aktif. Dekomposisi lebih lanjut dapat menyebabkan pelepasan panas.
Pada perbedaan suhu (>5°C), kapasitas efektif baterai berkurang sebesar 10% ke 30%. Hal ini karena resistansi internal baterai tidak konsisten, mengganggu konsistensi elektrokimia.

Saat ini, teknologi pendingin cair adalah metode pendinginan baterai utama yang digunakan pada kendaraan listrik. Ini secara efektif menyeimbangkan efisiensi pembuangan panas, keseragaman suhu, dan biaya. Dengan terobosan dalam inovasi material (seperti nanofluida) dan integrasi sistem (seperti pendinginan langsung pompa panas), sistem manajemen termal baterai berevolusi menuju konsumsi energi yang rendah, desain ringan, dan fungsionalitas cerdas. Perkiraan menunjukkan bahwa komersialisasi baterai solid-state akan terjadi 2027 akan mendorong pendinginan perubahan fase berbasis kontak menjadi arus utama. Namun, ini hanyalah prediksi, dan mengingat pesatnya perkembangan teknologi di seluruh dunia, hanya dengan memperkuat R sendiri&Kemampuan D dapat mengimbangi perkembangan zaman.
TKT didirikan pada tahun 1998, dan penelitian serta pembuatan BTMS dimulai pada tahun 2014. Kami telah berkolaborasi dengan produsen mobil terkenal dunia seperti BYD dan TATA Motors dalam proyek pengembangan yang disesuaikan. Jika Anda tertarik dengan manajemen termal baterai, Silakan tinggalkan pesan untuk konsultasi.