Как блондинка и ее каша литий-ионная батарея лучше всего работает, когда диапазон температур прав - не слишком горячий или слишком холодный. Но это огромный лимитирующий фактор, когда речь идет об использовании литий-ионной батареи в электрическом Во многих местах автомобили (EV) сильно различаются по температуре. Литий-ионные аккумуляторы плохо работают при экстремальных высоких или низких температурах, что является препятствием для перехода к более широкому использованию электромобилей. Авторы исследования отметили, что " 51 мегаполис в Соединенных Штатах, 20 регионов обычно испытывают чрезвычайно холодные дни ниже -18 ° C (0 ° F), тогда как летние температуры в 11 регионах (включая верхние 20) часто превышают 38 ° C (100 ° F) Конечно, аналогичные изменения температуры в крупных городских районах по всему миру, и это также препятствует использованию электрических транспортных средств в качестве потенциального решения для транспортировки возобновляемых источников энергии.
Однако в недавней публикации, опубликованной в Nature Energy, группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли сообщила о новом изобретении, которое, как ожидается, эффективно уменьшит термические экстремумы при использовании с литий-ионными батареями. Влияние их бумаги под названием «Эффективное тепловое управление литиево-ионной батареей с помощью термического регулятора пассивного интерфейса на основе сплава с памятью формы», «Современная оперативная детализация слов ландшафта и изменений температуры окружающей среды в разных областях», но также Другие смешающие факторы, такие как новая трехступенчатая аккумуляторная батарея Ma Steel, еще более усложняются стратегиями быстрой зарядки и терморегулирования в процессе сухой сушки. Они указывают, что традиционные линейные термические элементы часто не могут учитывать как экстремальные тепловые, так и холодные условия, в то время как другие возможны. Решения, такие как управляемые контуры флюидов, не обеспечивают достаточно высокой контрастности вкл / выкл, не говоря уже о соображениях затрат и веса при использовании с электромобилями. Их решение - «без жидкости, пассивная теплота» Регулятор может стабилизировать температуру батареи в экстремальных условиях высоких и низких температур ». В отсутствие какой-либо мощности или логики терморегулятор основан на Температура заземленной батареи переключает свою теплопроводность и обеспечивает требуемую тепловую функцию для поддержания тепла во время холода и обеспечения охлаждения во время нагрева.
Для достижения этой цели их конструкция пассивного теплового регулятора основана на двух ключевых нелинейных характеристиках существующей концепции терморегулятора. Первой характеристикой является твердофазный фазовый переход, который хорошо реагирует на изменения температуры. Мутант, но не достигает достаточно высокого коэффициента переключения (SR) - теплопроводность состояния переключения - это основной индикатор работы терморегулятора. Вторая особенность - открытие и закрытие теплового интерфейса, его SR Это намного выше, но зависит от дифференциального теплового расширения между этими двумя материалами. Когда межфазный промежуток между материалами закрыт, он проявляет сильную нелинейную теплопроводность. Однако, поскольку эффект термического расширения здесь относительно слабый, эта конструкция требует Корпус сверхпрочного терморегулятора для завершения открытия и закрытия зазора.
Хотя предыдущие примеры звучат сложнее, их решение, которое воплощает два аспекта твердофазных фазовых переходов и межфазной тепловой контактной проводимости, очень просто. Для достижения своих целей проектирования исследователи используют Nitinol. Сплав с памятью формы (SMA). Никеле-титановый сплав представляет собой гибкий нитинольный провод, который проходит по краю верхней пластины терморегулятора. Концы провода SMA соответствуют каждому из терморегуляторов. Угол, соединенный с нижним радиатором, называется термическим интерфейсным материалом (TIM). Верхняя и нижняя пластины управляются набором четырехходовых пружин, которые создают воздушный зазор 0,5 мм между верхней и нижней пластинами и удерживают провод SMA под напряжением. Это определяет состояние отключения теплоизоляции.
Когда батарея нагревается, SMA начинает сжиматься и вытягивает две пластины ближе из-за изменения фазы. Теплопроводность очень низкая, пока две пластины не соприкасаются, после чего сила усадочной линии больше, чем сила реакции пружины смещения, TIM Пластина (нижняя) контактирует с пластиной терморегулятора (вверху) и начинает рассеивать тепло, что определяет состояние ВКЛ. Модель прототипа, описанная в этой статье, показывает природу пассивного термического регулятора.
Чтобы проверить основные принципы этой концепции для провода SMA и смещенных пружин, автор исследования установил модель и протестировал ее в вакуумной камере с использованием двух термопарных стержней из нержавеющей стали в качестве источников тепла и горячего перетаскивания соответствующих верхних и нижних Пластина, соответственно. В эксперименте тепловая изоляция в состоянии ВЫКЛ оказалась очень хорошей, подтвержденной очень большим температурным разрывом на границе раздела и небольшим градиентом температуры, измеренным на каждом стержне из нержавеющей стали. Когда температура стержня превышает температуру перехода SMA, зазор закрывается, и TIM (нижний стержень) начинает нагреваться. Авторы отмечают, что этот процесс конверсии завершается быстро через 10 секунд, а запись SR достигается при 2070: 1. Они указывают, что никель Проволока из сплава титановой памяти должна быть предварительно кондиционирована под действием высоких напряжений, чтобы обеспечить стабильный повторяющийся отклик на протяжении многих циклов.
С созданием доказательств концепции исследователи начали демонстрировать эту концепцию на практике. Два LIBs Panasonic 18650PF были зажаты между алюминиевыми пластинами и протестированы в окружающей среде. В конструкции здесь используется аналогичная конструкция терморегулятора для размещения батареи. Размер кронштейна, который требует более длинной длины провода SMA и зазора около 1 мм между верхней и нижней пластинами. Кроме того, для достижения высоких уровней производительности слой аэрогеля используется для изоляции проводов, а параллельные тепловые каналы самих пружин и LIB Для сравнения производительности, исследователи также предоставили две стандартные линейные модели: «всегда выключено» и «всегда включено», включая замену SMA проводами из нержавеющей стали, которые были сконфигурированы между двумя пластинами. Постоянный зазор или постоянный контакт.
В экспериментальных условиях от -20 ° C (4 ° F, очень холодно) 45 ° C (очень высокая температура), тепловой регулятор работает хорошо, и климат быстро нагревается от -20 ° C (4 ° F) 20 ° C (68 ° F) из-за сохранения тепла батареи через воздушный зазор и увеличения коэффициента заряда батареи вызвано тремя факторами. С другой стороны, терморегулятор также работал очень хорошо, переходя в страну при 45 ° C (113 ° F), тогда повышение температуры лирики ограничено 5 ° C (9 ° F). При тестировании этого терморегулятора, установленного в режиме включения / выключения 1000, исследователи обнаружили, что показатели состояния только немного уменьшены (8,5% Емкость составляет -20 ° C '4 ° F'), а производительность в стране остается неизменной.
Как отмечают авторы исследования, при использовании стандартного метода «всегда включенного» термического управления стоимость их терморегуляторов минимальна, и в нее уже включен тепловой радиатор TIM. SMA и смещение Дополнительная масса пружины меньше 1 грамма, а стоимость Nitinol составляет около 6 долларов. «Демонстрация с помощью аккумуляторного модуля, состоящего из литиево-ионного аккумулятора 18650, показывает, что этот терморегулятор сохраняет только самогенерируемое тепло батареи. Он может увеличить мощность холодной погоды более чем в три раза ». В то же время он может предотвратить перегрев модуля даже при высокой температуре 2 градуса по Цельсию.
