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帮助电动汽车在电池重量平衡过程中保持凉爽
2022年06月05日    新闻来源:高鹏科技网    |  投稿

向电池中注入足够的能量来驱动汽车,这给存储设备带来了很大的压力,在上个世纪左右的时间里,存储设备主要负责运行小家电和电子产品。压力越来越大鈥攎出现故障、性能下降甚至熔毁。德雷克塞尔大学的研究人员正试图通过减少电池的热量,并为其在电动汽车中的使用规划一条更可持续的路线来提供帮助。

在最近发表在《复合材料B部分:工程》杂志上的一篇论文中,由德雷克塞尔的Ahmad Najafi博士领导的研究人员,他是工程学院的助理教授,揭示了一种设计优化系统,用于将血管状冷却网络纳入电动汽车用新一代碳纤维电池的包装中。他们的方法平衡了性能增强因素(如电池容量和导电率)与问题变量(包括重量和热活性)之间的关系,这些变量可能会降低性能并导致故障,从而为任何电动汽车设计提供最佳的电池包规格。

作者写道:“阻碍电动汽车发展并扩大其市场份额的主要因素之一是电池的比能量低,这使得电动汽车很重,尤其是对于长距离设计而言。”。

多功能电池

尽管日益迫在眉睫的空气质量和气候变化问题以及不断上涨的汽油价格刺激了对电动汽车的需求,但去年发生的一系列备受瞩目的电动汽车召回事件使市场受到了影响,这些召回事件对电动汽车电池的耐用性和安全性提出了质疑。

因此,越来越多的公司开始考虑使用固体电池鈥攁 薄碳纤维型大型锂离子电池广泛用于电动汽车鈥攂因为它们可以巧妙地结合到车辆底盘的物理结构中,以减轻重量。

据估计,仅将汽车重量减少10%就可以将其充电里程效率提高6-8%,因此,将部分车架更换为既可作为结构部件又可作为电池的碳纤维复合材料,可以减轻汽车的总体重量,同时提高其储能能力。

正在加热

为了使这些结构电池或“无质量”电池获得成功,设计师必须面对使用固体聚合物所带来的挑战鈥攔a高于液体电解质溶液鈥攁它是电子传输的媒介。

Najafi解释道:“与标准锂离子电池相比,结构电池的发热量将大大提高”,因为聚合物电解质的电导率远小于锂离子电池中使用的液体电解质的电导率。这意味着电子在通过聚合物时面临更多的瓶颈;它们被迫移动得较慢,因此,当电池放电时,会产生更多的热量。

Najafi说:“虽然结构电池复合材料是一种很有前途的电动汽车减重技术,但其设计肯定会受益于热管理系统的添加。”。“这不仅可以提高电动汽车的射程,还可以大大减少热失控反应的可能性。”

保持凉爽

纳贾菲的研究小组多年来一直在开发用于热管理的特殊复合材料。他们的工作借鉴了大自然自身的冷却方法鈥攖he血管系统鈥攖o散热。通过修改他们发明的用于绘制最佳“微血管”网络的设计工具,研究人员能够设计出冷却复合材料,作为特斯拉、沃尔沃和大众等公司目前正在测试的结构电池包装的一部分。

Najafi团队在其最新研究中提出的设计系统可以计算出微血管通道的最佳模式、大小和数量,以快速散热,并优化流经通道的冷却液的流动效率设计。

纳杰菲说:“这些复合材料的功能类似于内燃机车的散热器。”。“当冷却液在微通道网络中流动时,冷却液吸收热量并将其从电池复合材料中带走。”

将结构电池夹在冷却微血管复合材料层之间,可以在使用过程中稳定其温度,并延长其工作时间和功率范围。

合适的贴合感

如论文所述,该团队的结构电池优化过程考虑了几个设计参数,如每层碳纤维的厚度和纤维方向、活性材料中纤维的体积分数以及热调节所需的微血管复合板数量。

为了测试每种组合,该小组测量了每种结构电池冷却复合材料层压板的刚度,以确保它们符合车辆结构完整性标准。然后,他们在几分钟的时间内模拟了车辆在不同速度下的能量需求,同时记录了电池的温度,即车辆的预测范围。

根据研究,一个优化系统的计算机模型显示,它可以将特斯拉S型汽车的行驶里程提高23%。但该团队指出,他们工作的真正价值在于能够收集电池大小和重量的最佳组合鈥攊包括足够的冷却能力,以保持其正常运行鈥攆或任何正在生产的电动汽车以及任何未来的设计。

“虽然我们知道每一点减轻重量都有助于提高电动汽车的性能,但热管理也同样重要鈥攑Najafi说:“当谈到让人们感到驾驶舒适时,我们会更加高兴。”我们的系统努力整合这两个领域的改进,这将在电动汽车的发展中发挥重要作用。“”

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