Teknologi Manajemen Termal Baterai Lithium-ion
Baterai litium-ion menempati posisi penting di pasar daya dan baterai konsumen global, sehingga teknologi manajemen termalnya selalu mendapat perhatian besar di industri. Teknologi-teknologi ini berevolusi dari pendinginan bebas udara sederhana menjadi pendinginan gabungan, dan masing-masing teknologi memiliki karakteristik dan tantangan tersendiri. Berbagai teknologi pendinginan diperkenalkan secara rinci di bawah ini.
pendinginan udara.
Pendinginan udara dapat dibagi menjadi pendinginan alami pasif dan pendinginan paksa aktif. Kedua metode tersebut menggunakan aliran udara untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh baterai guna mencapai pendinginan. Keunggulannya antara lain struktur sederhana, biaya rendah, perlindungan lingkungan dan tidak ada polusi.
Pendinginan alami: Ini adalah teknologi pendinginan pasif yang hanya memerlukan desain saluran udara pendingin. Misalnya, mobil listrik Nissan Leaf awal menggunakan metode pendinginan ini. Namun, metode ini sulit memenuhi kebutuhan pendinginan baterai secara efisien dan dapat mempengaruhi masa pakai baterai.
Pendinginan udara paksa: Dibandingkan dengan pendinginan alami, teknologi ini meningkatkan aliran udara dan meningkatkan efek pendinginan dengan menambahkan kipas dan peralatan lainnya. Namun hal ini juga berarti peningkatan kebisingan dan konsumsi energi. Selain itu, dengan mengatur bentuk saluran aliran udara, efek pendinginan dapat lebih ditingkatkan.
Teknologi pendingin cair
Pendinginan cair menggunakan cairan pendingin untuk menukar panas baterai, menghilangkan panas secara efisien dan cepat. Teknologi ini terbagi menjadi pendingin cair langsung dan pendingin cair tidak langsung. Pada pendinginan cair langsung, cairan pendingin bersentuhan langsung dengan baterai, misalnya pendingin cairan perendaman. Pendinginan cairan tidak langsung mencapai efek pendinginan melalui komponen tertentu, seperti pelat pendingin.
Pendinginan cairan pelat pendingin
Dibandingkan dengan pendingin udara, teknologi pendingin cair pelat pendingin lebih efisien, dan pelat pendingin sebagian besar terbuat dari aluminium atau paduan aluminium, dan biayanya relatif rendah. Arah penelitian utama adalah mengoptimalkan struktur dan karakteristik aliran fluida pelat pendingin untuk menyederhanakan proses pembuatan dan meningkatkan efektivitasnya.
Penelitian terbaru berfokus pada desain saluran pendingin dan arah aliran pendingin. Misalnya, beberapa ahli merancang pelat pendingin cair jenis baru berdasarkan saluran aliran serpentin. Desain baru ini dapat meningkatkan efisiensi pendinginan secara signifikan dalam kondisi tertentu. Beberapa ahli juga telah merancang pelat pendingin berstruktur sarang lebah berdasarkan baterai persegi. Desain ini meningkatkan efek pembuangan panas dengan menambahkan saluran pendingin. Semua studi ini menunjukkan bahwa desain saluran pendingin yang masuk akal dan arah aliran sangat penting untuk keseragaman suhu. Secara keseluruhan, teknologi pendingin cair pelat pendingin sudah cukup matang dan banyak digunakan di berbagai peralatan listrik.
Secara keseluruhan, teknologi pendingin cair pelat dingin sangat efektif untuk sebagian besar skenario aplikasi. Bahan utamanya seperti tembaga dan aluminium memiliki sifat konduktivitas termal yang baik dan cukup hemat biaya, sehingga ideal untuk digunakan pada kendaraan listrik atau peralatan lain dengan kebutuhan pendinginan tinggi. Dalam penerapan praktis, untuk memastikan efek pendinginan berkualitas tinggi, perlu merancang saluran pendinginan yang sesuai dan memilih bahan yang sesuai berdasarkan jenis dan struktur baterai.
Pendinginan cairan perendaman
Teknologi pendingin cairan perendaman membenamkan baterai dan komponen penghasil panas lainnya sepenuhnya ke dalam cairan pendingin. Dibandingkan dengan pendingin udara tradisional, teknologi ini mengurangi kebisingan dan konsumsi energi, serta mengontrol suhu baterai dengan lebih baik. Meskipun teknologi ini memberikan hasil yang luar biasa, kelemahan utamanya adalah bobot dan volume sistem yang relatif besar, sehingga membatasi penerapannya pada kendaraan listrik. Namun untuk pembangkit listrik penyimpanan energi tetap, teknologi ini sangat ideal.
Pendinginan cairan perendaman terutama menggunakan minyak isolasi dan cairan berfluorinasi sebagai pendingin, meskipun biayanya lebih tinggi. Namun penelitian telah membuktikan bahwa teknologi pendinginan ini dapat memastikan kenaikan suhu rata-rata baterai tidak melebihi 5 derajat, dan perbedaan suhu antar sel hanya 2 derajat. Hal ini membantu meningkatkan masa pakai dan keselamatan pembangkit listrik penyimpanan energi.
Teknologi pendinginan material perubahan fase
Teknologi manajemen termal baterai berdasarkan bahan perubahan fasa (PCM) adalah metode inovatif yang menjaga baterai pada suhu optimal dengan memanfaatkan karakteristik penyimpanan dan pelepasan panas PCM. Ada beberapa keuntungan dari pendekatan ini: tidak memerlukan energi tambahan, tidak memiliki bagian yang bergerak, perawatannya rendah, dan berfungsi dengan baik dalam memastikan suhu baterai seragam.
Saat ini bahan PCM yang umum digunakan dalam manajemen termal adalah: Bahan organik seperti parafin, alkana dan asam organik.
Bahan anorganik seperti larutan berair, garam hidrat dan garam cair.
Bahan eutektik
Namun, konduktivitas termal PCM sendiri tidak tinggi, sehingga bahan lain seperti busa tembaga, grafit yang diperluas, dan nanopartikel biasanya ditambahkan untuk meningkatkan konduktivitas termalnya. Hal ini juga dapat mengatasi beberapa masalah fisik PCM, seperti masalah fluiditas setelah perubahan fasa.
Untuk memahami hal ini secara lebih intuitif, kita dapat merujuk pada beberapa penelitian terbaru. Misalnya, beberapa ahli menciptakan bahan perubahan fasa komposit yang terdiri dari asam laurat dan lilin parafin yang dikombinasikan dengan grafit yang diperluas. Bahan ini berhasil menurunkan suhu maksimum baterai tertentu hingga 42,39 derajat. Penelitian lain juga menunjukkan bahwa efek pendinginan PCM dapat lebih ditingkatkan bila dikombinasikan dengan metode pendinginan lain, seperti pendinginan udara.
Teknologi pendingin termoelektrik
Pendinginan termoelektrik adalah teknologi pendinginan aktif canggih berdasarkan efek Peltier. Sederhananya, ketika arus listrik melewati bahan tertentu, ia menyerap panas di satu sisi dan melepaskannya di sisi lain, sehingga menciptakan efek pendinginan. Keuntungan utama dari teknologi ini meliputi: tidak adanya zat pendingin, konsumsi energi yang rendah, penyalaan yang cepat, stabilitas yang baik, kebisingan yang rendah dan tidak ada bagian yang bergerak. Namun tantangan juga terlihat jelas, seperti rendahnya efisiensi pendinginan dan kesulitan dalam memproduksi perangkat berukuran besar.
Para peneliti telah melakukan sejumlah besar percobaan untuk mengoptimalkan penerapan teknologi ini dalam sistem manajemen termal baterai. Misalnya, beberapa ahli merancang sistem yang menggabungkan pelat pendingin silika ganda dengan jaring tembaga dan pendingin udara. Mereka menemukan bahwa ketebalan pelat pendingin silika berkaitan dengan kinerja suhu baterai, dan 1,5 mm ditentukan sebagai ketebalan optimal. Studi lain menggabungkan pendinginan termoelektrik dengan pendingin cair, dan eksperimen menunjukkan bahwa kombinasi ini dapat secara efektif meningkatkan efek pendinginan.
