Công nghệ quản lý nhiệt cho xe điện thuần túy

Hệ thống quản lý nhiệt của xe điện thuần túy không chỉ đảm bảo môi trường lái xe thoải mái cho người lái mà còn kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ không khí cấp vào, v.v. của môi trường bên trong. Nó chủ yếu kiểm soát nhiệt độ của pin điện. Việc kiểm soát nhiệt độ của pin điện nhằm đảm bảo an toàn cho xe điện, một điều kiện tiên quyết quan trọng cho hoạt động hiệu quả và an toàn của ô tô.

Có nhiều phương pháp làm mát cho pin năng lượng, có thể được chia thành làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng, làm mát bằng tản nhiệt, làm mát bằng vật liệu chuyển pha và làm mát bằng ống dẫn nhiệt.

Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến hiệu suất của pin lithium-ion, nhưng các mức nhiệt độ khác nhau lại có tác động khác nhau đến cấu trúc bên trong của pin và các phản ứng hóa học của ion.

Ở nhiệt độ thấp, độ dẫn điện ion của chất điện phân trong quá trình sạc và xả thấp, và trở kháng tại giao diện điện cực dương/chất điện phân và điện cực âm/chất điện phân cao, điều này ảnh hưởng đến trở kháng truyền điện tích trên bề mặt điện cực dương và âm cũng như tốc độ khuếch tán của các ion liti trong điện cực âm, cuối cùng ảnh hưởng đến các chỉ số quan trọng như hiệu suất xả và hiệu suất sạc/xả của pin. Ở nhiệt độ thấp, một phần dung môi trong chất điện phân của pin sẽ đông đặc, gây khó khăn cho sự di chuyển của các ion liti. Khi nhiệt độ giảm, trở kháng phản ứng điện hóa của muối điện phân sẽ tiếp tục tăng, và hằng số phân ly của các ion cũng sẽ tiếp tục giảm. Những yếu tố này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tốc độ di chuyển của các ion trong chất điện phân, làm giảm tốc độ phản ứng điện hóa; và trong quá trình sạc pin ở nhiệt độ thấp, khó khăn trong việc di chuyển của ion liti sẽ kích hoạt sự khử các ion liti thành các nhánh liti kim loại, dẫn đến sự phân hủy chất điện phân và tăng hiện tượng phân cực nồng độ. Hơn nữa, các góc nhọn của các nhánh tinh thể kim loại lithium này có thể dễ dàng xuyên thủng lớp ngăn cách bên trong của pin, gây đoản mạch bên trong pin và dẫn đến tai nạn mất an toàn.

Nhiệt độ cao sẽ không làm cho dung môi điện phân đông đặc, cũng không làm giảm tốc độ khuếch tán của các ion muối điện phân; ngược lại, nhiệt độ cao sẽ làm tăng hoạt tính phản ứng điện hóa của vật liệu, tăng tốc độ khuếch tán ion và đẩy nhanh sự di chuyển của các ion liti, vì vậy, theo một nghĩa nào đó, nhiệt độ cao giúp cải thiện hiệu suất sạc và xả của pin liti-ion. Tuy nhiên, khi nhiệt độ quá cao, nó sẽ đẩy nhanh phản ứng phân hủy của màng SEI, phản ứng giữa cacbon chứa liti và chất điện phân, phản ứng giữa cacbon chứa liti và chất kết dính, phản ứng phân hủy của chất điện phân và phản ứng phân hủy của vật liệu catốt, do đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và hiệu suất sử dụng của pin. Hầu hết các phản ứng trên đều không thể đảo ngược. Khi tốc độ phản ứng tăng nhanh, các vật liệu có sẵn cho các phản ứng điện hóa thuận nghịch bên trong pin sẽ nhanh chóng bị giảm, khiến hiệu suất của pin giảm trong thời gian ngắn. Và khi nhiệt độ pin tiếp tục tăng vượt quá nhiệt độ an toàn của pin, phản ứng phân hủy chất điện phân và điện cực sẽ tự phát xảy ra bên trong pin, tạo ra một lượng nhiệt lớn trong thời gian rất ngắn, tức là sẽ xảy ra hiện tượng hỏng do nhiệt, dẫn đến pin bị phá hủy hoàn toàn. Trong không gian nhỏ của hộp pin, nhiệt khó tản ra kịp thời, và nhiệt tích tụ nhanh chóng trong thời gian ngắn. Điều này rất dễ gây ra hiện tượng hỏng do nhiệt lan rộng nhanh chóng, khiến bộ pin bốc khói, tự bốc cháy hoặc thậm chí phát nổ.