Công nghệ làm mát pin xe điện, bộ phận quan trọng cốt lõi đặc biệt quan trọng

Công nghệ làm mát pin xe điện là chìa khóa để duy trì nhiệt độ hệ thống pin ổn định. Bằng cách loại bỏ nhiệt lượng do pin sinh ra một cách kịp thời, nó đảm bảo nhiệt độ bộ pin đồng đều và giữ cho nó nằm trong phạm vi hoạt động tối ưu, ngăn ngừa quá nhiệt và hiện tượng quá nhiệt, đồng thời đảm bảo hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ của pin.

Phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu cho pin xe điện là khoảng 20-30℃. Ở nhiệt độ thấp, dung lượng pin giảm và hiệu suất sạc/xả kém, ở nhiệt độ cao, tuổi thọ chu kỳ của pin bị rút ngắn, và nhiệt độ quá cao thậm chí có thể dẫn đến các vấn đề an toàn như cháy nổ.

Nhiều cell pin được kết nối nối tiếp và song song để tạo thành một bộ pin, và nhiệt lượng sinh ra trong quá trình sạc và xả khiến pin xe điện ngày một sản sinh ra nhiều nhiệt lượng một cách liên tục. Việc duy trì bộ pin xe điện trong phạm vi nhiệt độ hợp lý đòi hỏi một hệ thống làm mát pin phức tạp.

Động cơ, pin và hệ thống điều khiển điện tử của xe điện tạo ra một lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động. Nếu Pin không được làm mát xuống nhiệt độ tối thiểu có thể dẫn đến tuổi thọ pin ngắn hơn, nhiệt độ cao làm tăng tốc độ lão hóa và suy giảm dung lượng pin. Động cơ quá nóng làm giảm công suất, làm chậm quá trình tăng tốc. Nhiệt độ quá cao có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt (chẳng hạn như đoản mạch pin) tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ.

Có thể bạn quan tâm: Nguy kịch, tương lai 1 triệu tấn pin xe điện sẽ được xử lý như thế nào?

Như vậy, đối với xe điện hệ thống làm mát Pin là đặc biệt quan trọng. Mục tiêu cốt lõi đó là kiểm soát nhiệt độ của hệ thống ba điện trong phạm vi an toàn từ -40℃ đến 55℃.

Công nghệ làm mát Pin xe điện hiện nay có thể kể tới bao gồm…

Làm mát bằng không khí (Air Cooling)

Sử dụng không khí làm môi chất làm mát và tận dụng đối lưu nhiệt để giảm nhiệt độ pin. Nó được chia thành làm mát tự nhiên và làm mát cưỡng bức (sử dụng quạt, v.v.).

Ưu điểm: Cấu trúc hệ thống đơn giản, chi phí thấp, dễ bảo trì và được sử dụng rộng rãi trong các xe điện chở khách đời đầu.

Nhược điểm: Hiệu suất trao đổi nhiệt thấp hơn, độ đồng đều nhiệt độ bên trong pin kém và khó đạt được sự kiểm soát chính xác nhiệt độ pin, hiệu suất của nó nói chung thấp hơn các hệ thống làm mát khác.

Làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling)

Loại bỏ nhiệt lượng do pin sinh ra thông qua trao đổi nhiệt đối lưu chất lỏng, làm giảm nhiệt độ pin. Môi chất lỏng có hệ số truyền nhiệt cao, dung tích nhiệt lớn và tốc độ làm mát nhanh, giúp giảm đáng kể nhiệt độ tối đa và cải thiện độ đồng đều trường nhiệt độ của bộ pin. Đây là lựa chọn khá phổ biến.

Ưu điểm: Tản nhiệt tốt hơn so với làm mát bằng không khí, công nghệ tấm làm mát đã hoàn thiện, hiệu quả làm mát bằng chất lỏng ngâm tuyệt vời.

Nhược điểm: Cấu trúc hệ thống phức tạp hơn, trọng lượng cao hơn so với làm mát bằng không khí và cần phải được bịt kín để ngăn ngừa rò rỉ.

Các thành phần cốt lõi của hệ thống làm mát pin xe điện bằng chất lỏng bao gồm…

Bơm nước điện: điều khiển sự tuần hoàn chất làm mát, áp suất lên đến 0,5~1,5 Bar,

Bộ tản nhiệt: Lá tản nhiệt bằng nhôm + ống dẫn nhiệt, làm mát cưỡng bức bằng quạt (ví dụ: thiết kế quạt kép của Tesla Model 3)

Chất làm mát: Chất chống đông gốc Ethylene glycol (chịu nhiệt -30℃~120℃), cần thay thế sau mỗi 2 năm hoặc 40.000 km.

Nguyên lý hoạt động: Chất làm mát chảy qua bộ pin/động cơ → hấp thụ nhiệt → tản nhiệt qua bộ tản nhiệt → tuần hoàn trở lại để làm mát.

Làm mát bằng vật liệu chuyển pha – PCM

Sử dụng đặc tính của vật liệu chuyển pha để hấp thụ hoặc giải phóng một lượng lớn nhiệt ẩn trong quá trình chuyển pha để điều chỉnh nhiệt độ pin. Nó không tiêu thụ năng lượng một cách chủ động và cải thiện đáng kể độ đồng đều nhiệt độ của bộ pin.

Ưu điểm: Kiểm soát nhiệt độ tốt và độ đồng đều nhiệt độ cao.

Nhược điểm: Chi phí cao hơn, sự hóa lỏng của vật liệu chuyển pha có thể làm hỏng cấu trúc ban đầu của bộ pin và rò rỉ có thể gây ô nhiễm pin.

Làm mát nhiệt điện – Peltier

Sử dụng hiệu ứng Peltier. Khi dòng điện chạy qua điểm nối của hai vật liệu khác nhau, một đầu hấp thụ nhiệt và đầu kia giải phóng nhiệt, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh, từ đó đạt được hiệu quả làm mát.

Ưu điểm: Không cần chất làm lạnh, tiêu thụ năng lượng thấp, khởi động nhanh, ổn định tốt, độ ồn thấp và không có bộ phận chuyển động, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong nhiều thiết bị.

Nhược điểm: Hiệu suất làm mát thấp, thường chỉ đạt được công suất làm mát nhỏ, gặp khó khăn khi sản xuất thiết bị lớn, chi phí cao.

Hệ thống làm mát bằng dầu (xe hiệu suất cao)

Hệ thống làm mát bằng dầu (hoặc chất lỏng điện môi) cho pin xe điện (EV) là công nghệ cao cấp sử dụng dầu không dẫn điện, cho phép ngâm trực tiếp các cell pin (immersion cooling) để hấp thụ nhiệt hiệu quả, đảm bảo nhiệt độ đồng đều, chống cháy nổ và cho phép sạc siêu nhanh.

Đặc điểm: Dầu làm mát cách nhiệt tiếp xúc trực tiếp với cuộn dây động cơ, cải thiện hiệu suất tản nhiệt lên 30%. Mẫu xe tiêu biểu sử dụng công nghệ này ví dụ: Porsche Taycan 3.

Các thành phần chính của hệ thống làm mát pin bao gồm các tấm làm mát, bộ làm mát, bơm nước điện tử và van giãn nở điện tử. Theo báo cáo mới nhất từ ​​​​Nhóm Nghiên cứu Juyi – Trung Quốc, “Báo cáo Thị trường Hệ thống Làm mát Pin Xe Năng lượng Mới Toàn cầu 2024-2030”, thị trường hệ thống làm mát pin xe năng lượng mới toàn cầu dự kiến ​​​​sẽ đạt 7,62 tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 19,5% trong vài năm tới.

Yếu tố thúc đẩy chính đó là do các chính phủ trên toàn thế giới đang tăng cường các ưu đãi cho ngành công nghiệp xe điện để đạt được mục tiêu giảm phát thải carbon toàn cầu và trung hòa carbon. Sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện đang thúc đẩy nhu cầu về hệ thống làm mát pin.

Hệ thống làm mát pin rất quan trọng để duy trì nhiệt độ pin tối ưu, ngăn ngừa quá nhiệt và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và sạc. Ngoài ra, hệ thống làm mát pin hiệu quả giúp kéo dài tuổi thọ pin bằng cách duy trì phạm vi nhiệt độ tối ưu, giảm sự suy giảm nhiệt và cải thiện hiệu suất tổng thể của pin.

Nhưng… những trở ngại chính đó là: Nghiên cứu, phát triển và sản xuất hệ thống làm mát pin đòi hỏi chi phí ban đầu đáng kể, điều này có thể gây ra thách thức tài chính lớn cho các nhà sản xuất nhỏ. Việc tích hợp hệ thống làm mát pin vào thiết kế xe điện rất phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật chính xác và sự phối hợp với các hệ thống khác của xe.

Hơn nữa, việc tích hợp hệ thống làm mát với không gian hạn chế của xe điện là một thách thức đối với các nhà sản xuất.

Tuy nhiên nó cũng mở ra những cơ hội trong ngành, lấy ví dụ: Các chính sách hỗ trợ và trợ cấp từ chính phủ trên toàn thế giới nhằm giảm phát thải carbon và thúc đẩy giao thông bền vững đang thúc đẩy thị trường xe điện, đây là điểm thuận lợi giúp các doanh nghiệp có được sự hậu thuẫn mạnh mẽ cả về tiềm lực lẫn chính sách giúp họ có thể cho ra những công nghệ làm mát Pin cho xe điện tiên tiến hơn trong thời gian ngắn.

Theo dõi chúng tôi trên Youtube để cập nhật những nội dung mới nhất liên quan đến công nghệ xe và nâng cấp phụ kiện cho xe hơi. Liên hệ trực tiếp qua Facebook chính thức của Owleye để trò chuyện cùng nhân viên hỗ trợ.