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熱管理,簡而言之就是電池等元器件利用加熱或者冷卻等相關(guān)方法對目標對象的溫度和溫差進行調(diào)節(jié)和控制的一個過程。其涉及的基本原理有導(dǎo)熱,對流傳熱或熱輻射這三種傳熱學過程,而這三種過程都涉及到溫差,所以熱管理的過程需消耗能量,讓目標對象與外部環(huán)境產(chǎn)生溫差。
其應(yīng)用場景非常多,目前已大量應(yīng)用于工業(yè)、通信業(yè)、消費電子、服務(wù)器、儲能、新能源汽車等場景,對相關(guān)設(shè)備或電子元器件正常穩(wěn)定的運行有著非常的積極作用,而隨著相關(guān)行業(yè)的迅速發(fā)展,熱管理行業(yè)也會越來越受到重視。
1.熱管理可以防止過熱和系統(tǒng)故障,隨著熱管理相關(guān)應(yīng)用場景的快速發(fā)展,相關(guān)設(shè)備的功能增加,元器件的工作積聚大量的熱量。而過多的熱量積聚,則會導(dǎo)致電子元件的損壞,設(shè)備性能下降甚至整個系統(tǒng)的崩壞。通過合理的熱管理措施,可以有效地散出熱量,保證系統(tǒng)在合適的溫度范圍內(nèi)運行,提高系統(tǒng)的可靠性。
2.通過熱管理,可以大幅度增強設(shè)備的性能和使用壽命。以目前常用的手機為例,由于手機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的排布相當緊湊,各種電子元件之間基本很少有空隙。假使電池和處理器熱量不能夠及時排出,則會影響到其他部件的各種溫度,從而打破各個硬件的協(xié)調(diào)工作,不僅影響設(shè)備性能也會影響手機的使用壽命。
3.從安全的必要性角度來看。熱管理系統(tǒng)在相關(guān)行業(yè)不可或缺,以儲能行業(yè)為例,隨著儲能電站規(guī)模的增長,電池數(shù)量與功率的增大,運行時將會積累大量熱量,如果不能有效及時的散熱,將會引起熱失控的嚴重后果。因此有效的熱管理對安全性有著重要的意義。
4.熱管理能夠提高能源利用率,在新能源車輛中,過高或過低的工作環(huán)境都會影響電池的性能,從而影響新能源的續(xù)航里程。而通過合理有效的熱管理策略,可以使工作溫度保持在合理的溫度,降低能耗,減少運行成本。
綜上所述,熱管理熱管理的重要性體現(xiàn)在防止過熱和系統(tǒng)故障、增強的性能和壽命、安全考慮以及能源效率和成本節(jié)約等多個方面。
熱管理行業(yè)目前在動力電池行業(yè)與儲能行業(yè)與應(yīng)用較為多。動力電池領(lǐng)域中以新能源整車車熱管理增長較快,隨著新能源汽車對市場的滲透率提升以及相關(guān)產(chǎn)品的性能的升級,熱管理系統(tǒng)在新能源的市場空間和價值巨大。
熱管理對新能源汽車有多重意義,首先新能源的續(xù)航里程時消費者十分關(guān)注的指標之一,熱管理系統(tǒng)可以有效的控制電池溫度,防止電池包、過熱過冷引起的電池性能下降,提高電池的使用效率來延長車輛的續(xù)航里程。
其次動力電池的安全性能夠增強,動力電池是新能源車的動力來源與重要組件,熱管理系統(tǒng)通過BMS系統(tǒng)可以有效的把控工作溫度,防止熱失控引起的火災(zāi)等事故,保障車輛和乘客的安全。并且,隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展,相關(guān)部門對整車的安全性能和質(zhì)量要求也越來越高,相關(guān)法律法規(guī)也要求車企需要具備相應(yīng)的熱管理能力來保證整車的安全與質(zhì)量。
以電動車領(lǐng)域為例,目前熱管理方案大致可以分成四種:風冷、液冷、直冷、相變材料。
1. 風冷是較常見也是較簡單的一種散熱方式,利用自然的氣流或扇吹走散熱器所吸收的熱量。有成本低,安裝簡單,可靠易維護等優(yōu)點,但是受環(huán)境影響較大,早期電動車應(yīng)用較為多。
2. 液冷可分為冷板液冷和浸沒式液冷,冷板式液冷是一種間接散熱方式,通過將冷卻板與電池接觸,利用冷板中的冷卻劑與電池進行熱交換,并通過冷卻通道帶走熱量。浸沒式液冷是將電池模塊浸沒在絕緣的冷卻液體中來進行熱交換的散熱方式。液冷具有換熱效率高,熱度均勻等優(yōu)點,但成本較高。
3. 冷媒直冷是利用整車空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑,直接將制冷劑流入電池內(nèi)部蒸發(fā)器中,冷媒在蒸發(fā)器中蒸發(fā)并高效的將電池系統(tǒng)的熱量帶走。這種設(shè)計簡單且容易拆卸,后期維修成本低。但是無法進行直接加熱,需要增添額外的加熱系統(tǒng)。
4. 相變材料可以分成無機相變材料、有機相變材料和復(fù)合相變材料三種。其吸熱放熱過程,系統(tǒng)溫度平穩(wěn),可以達到近似恒溫的效果,已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。有結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量小和巨大的潛熱特性,但更換成本高,穩(wěn)定性較差。
熱管理隨著相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,相關(guān)部門對能耗與安全的重視,顧客對相關(guān)產(chǎn)品的穩(wěn)定性的需求,已經(jīng)越來越被廣大廠商重視。其在維護系統(tǒng)穩(wěn)定,增強性能,增強安全性與降低成本的特性也被相關(guān)業(yè)內(nèi)人士所青睞。因此,隨著相關(guān)材料技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的方案將被應(yīng)用,熱管理的應(yīng)用場景將進一步擴大。
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