Từ động cơ diesel đến điện: Hệ thống làm mát thực sự đi về đâu

Hệ thống làm mát từng đơn giản

Về mặt kỹ thuật, hệ thống làm mát động cơ diesel hoặc xăng gần như thanh lịch vì sự đơn giản của nó. Một nguồn đốt tạo ra nhiệt. Một vòng chất làm mát mang nó đến một bộ tản nhiệt. Một chiếc quạt, một bộ điều chỉnh nhiệt, một máy bơm nước và kiến ​​thức thiết kế được tích lũy hàng thập kỷ về cách điều chỉnh kích thước toàn bộ.

Sự đơn giản đó chính xác là thứ sẽ biến mất khi động cơ ngừng hoạt động. Và điều đáng nói chính xác là "biến mất" thực sự có nghĩa là gì ở đây, bởi vì giả định rằng điện khí hóa chỉ đơn giản là loại bỏ vấn đề làm mát là sai lầm. Nó thay thế một vấn đề làm mát bằng một số vấn đề nhỏ hơn, chặt chẽ hơn.

Điều gì thực sự thay thế nó

Hệ thống truyền động điện không có một nguồn nhiệt - nó có ít nhất ba nguồn nhiệt và mỗi nguồn hoạt động theo các quy tắc khác nhau.

Bộ pin cần nằm trong một dải hẹp, khoảng 25–40°C , với độ đồng nhất chặt chẽ giữa các tế bào, vì cả quá nhiệt và quá lạnh đều làm giảm phạm vi, tốc độ sạc và công suất lâu dài. Động cơ và thiết bị điện tử công suất chạy hoàn toàn theo một vòng riêng biệt, do tổn thất do biến tần và chuyển mạch IGBT tạo ra nhiệt tập trung ở diện tích nhỏ hơn nhiều so với bộ pin, thường yêu cầu làm mát cục bộ mạnh mẽ với thể tích nhỏ. Tiện nghi trong cabin bổ sung thêm vòng lặp thứ ba, thường xuyên chia sẻ các bộ phận với mạch pin thông qua bơm nhiệt hoặc máy làm lạnh thay vì chạy hoàn toàn độc lập.

Các vòng này không chạy ở cùng nhiệt độ, không sử dụng cùng loại hóa chất làm mát trong mọi thiết kế và thường không thể hợp nhất mà không khiến hệ thống này có nguy cơ kéo hệ thống khác xuống. Kết hợp điều đó với thực tế rằng sạc nhanh có thể tạo ra nhiệt bên trong bộ pin cao hơn nhiều lần so với sạc AC thông thường , và rõ ràng là tại sao cấu trúc nhiệt của xe điện hiện đại trông không giống một vòng lặp đơn lẻ mà giống một mạng làm mát phân tán nhỏ hơn.

Tại sao nhiều thành phần hơn không có nghĩa là kinh doanh ít hơn

Thật hấp dẫn khi cho rằng việc mất động cơ, ống xả và bộ làm mát dầu sẽ làm giảm tổng số phần cứng làm mát trên xe. Trong thực tế, điều ngược lại có xu hướng xảy ra. Thay vì một bộ tản nhiệt có kích thước cho một nguồn nhiệt, kiến ​​trúc EV điển hình cần một tấm làm mát pin hoặc bộ trao đổi nhiệt, một vòng làm mát động cơ/biến tần riêng biệt, một máy làm lạnh hoặc giao diện bơm nhiệt và thường là một bộ tản nhiệt chuyên dụng cho bất kỳ vòng nào cuối cùng loại bỏ nhiệt ra không khí xung quanh.

Thị trường đang mở rộng quy mô tương ứng. Các ước tính khác nhau tùy theo công ty nghiên cứu, nhưng hầu hết đều hướng tới thị trường quản lý nhiệt xe điện toàn cầu ở mức thấp hai chữ số tính đến năm 2026, tăng trưởng với tốc độ gộp hàng năm ở thanh thiếu niên từ trung bình đến cao cho đến đầu những năm 2030, do dung lượng pin tăng lên, tiêu chuẩn sạc nhanh hơn và các yêu cầu an toàn nghiêm ngặt hơn. Đó không phải là một danh mục bị thu hẹp - nó là một trong những phân khúc phát triển nhanh hơn trong quản lý nhiệt ô tô nói chung.

Những thay đổi không phải là khối lượng kinh doanh có sẵn. Đó là hình dạng của các bộ phận được bán - nhỏ hơn, chính xác hơn, nhiều hơn - và thanh chứng nhận mà mỗi bộ phận phải xóa.

Điều gì chuyển giao từ trải nghiệm động cơ đốt trong - Và điều gì không

Các nhà sản xuất đã dành nhiều năm xây dựng bộ làm mát hệ thống truyền động bằng nhôm nhẹ không bắt đầu từ con số 0 ở đây. Năng lực cốt lõi như thiết kế lõi nhỏ gọn, bố trí mật độ vây cao, tính toàn vẹn của mối hàn và mối nối cũng như kết cấu nhôm được tối ưu hóa về trọng lượng chuyển trực tiếp sang tấm làm lạnh pin và áo làm mát động cơ. Nguyên lý truyền nhiệt hiệu quả ra khỏi cấu trúc nhôm nhỏ gọn không thay đổi.

Những gì không chuyển giao một cách rõ ràng là mọi thứ xung quanh cách ly điện và hóa học chất làm mát. Vòng làm mát chạy bên cạnh bộ pin điện áp cao phải tính đến các đặc tính điện môi và nguy cơ ăn mòn điện mà mạch làm mát động cơ diesel không bao giờ phải tính đến. Các công thức chất làm mát ngày càng cần khả năng tương thích lâu dài với hóa học lithium-ion thay vì chỉ chống ăn mòn cho các khối gang và nhôm. Và dung sai được thắt chặt đáng kể - một vài độ nhiệt độ trải rộng trên bộ pin có thể đồng nghĩa với việc tốc độ lão hóa tế bào khác nhau có thể đo được trong suốt vòng đời của xe, một mức độ mà hệ thống làm mát đốt cháy chính xác không bao giờ được yêu cầu đạt tới.

Điều này được đề cập sâu hơn trong phần này sự cố của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm nhôm để quản lý nhiệt hệ thống truyền động NEV , cùng với phạm vi rộng hơn hướng dẫn lựa chọn bao gồm các loại và ứng dụng trao đổi nhiệt hệ thống truyền động trên cả nền tảng đốt và điện khí hóa.

Bài học rút ra cho các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt

Động cơ biến mất không có nghĩa là hệ thống làm mát biến mất cùng với nó - nó có nghĩa là các nhà sản xuất đã hiểu rõ vấn đề duy nhất đã mất hàng thập kỷ để tối ưu hóa các phần chia thành ba hoặc bốn phần nhỏ hơn, chặt chẽ hơn. Các bộ pin, động cơ, bộ biến tần và cabin đều cần đường dẫn nhiệt được điều chỉnh chính xác của riêng chúng và về cơ bản, mỗi bộ vẫn là một vấn đề về trao đổi nhiệt.

Các nhà sản xuất được hưởng lợi không phải là những người chờ đợi nhu cầu làm mát quá trình đốt cháy ổn định. Họ là những người đã điều chỉnh kiến thức chuyên môn về vật liệu và thiết kế cốt lõi cho phù hợp với các yêu cầu cách điện, hóa chất làm mát tương thích với pin và dung sai đồng nhất chặt chẽ hơn — bởi vì vai trò của quản lý nhiệt trong việc kéo dài tuổi thọ của hệ thống truyền động vấn đề quan trọng đối với hệ thống truyền động điện cũng như đối với hệ thống truyền động đốt trong - có thể nói là nhiều hơn.