La tecnologia di raffreddamento a liquido per immersione nell'accumulo energetico è un metodo avanzato per il raffreddamento delle batterie, che sfrutta le elevate proprietà di conduzione termica dei liquidi, consentendo un raffreddamento rapido, diretto e completo delle batterie, garantendo il loro funzionamento in un ambiente sicuro ed efficiente. Il principio di base consiste nel immergere completamente le batterie di accumulo in un liquido isolante, non tossico e con capacità di dissipazione del calore. Questa tecnologia consente lo scambio di calore attraverso il contatto diretto del liquido con la batteria, assorbendo rapidamente il calore generato durante il processo di carica e scarica e trasferendolo al sistema di circolazione esterno per il raffreddamento.

Diagramma di principio del sistema di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione singolo

Il contenitore di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione funge da componente chiave per il supporto del pacco batteria e per garantire che le celle operino in un ambiente adeguato, assumendo principalmente le funzioni di supporto del pacco batteria e del liquido di raffreddamento, protezione della sicurezza e conduzione del calore. Pertanto, nella progettazione della struttura del contenitore, è necessario considerare in modo integrato vari aspetti come la tenuta, l'efficienza di raffreddamento, la sicurezza, la scelta dei materiali e i processi di lavorazione, per garantire il funzionamento efficiente, sicuro e affidabile del sistema. La progettazione della struttura del contenitore è la base dell'intero sistema di raffreddamento a liquido.

1-Carico uniforme

Il contenitore inferiore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione è costituito da una piastra di base e da pannelli laterali; la piastra di base funge da supporto fondamentale, mentre i pannelli laterali sono fissati attorno ad essa, formando insieme il telaio principale del contenitore. Le dimensioni del contenitore sono state adeguate considerando le esigenze complessive del sistema di raffreddamento a liquido e le condizioni di carico; nella progettazione di contenitori di grandi dimensioni, è possibile impostare in modo ragionevole setti interni o strutture di processo, suddividendo un grande spazio in più piccoli, aumentando l'area di carico e migliorando così la capacità di carico uniforme. La capacità di carico locale può essere migliorata aggiungendo nervature di supporto e rinforzi, e possono essere impostate strutture di distribuzione del carico all'interno del contenitore per bilanciare il carico in tutti gli angoli.

Inoltre, per ridurre l'influenza delle deformazioni plastiche sulla capacità di carico uniforme, le superfici di lavorazione di altezza diversa possono essere progettate per essere nello stesso piano, riducendo così il numero di regolazioni delle macchine utensili e evitando deformazioni dovute alle differenze di altezza; è possibile anche aumentare la larghezza o l'altezza del contenitore per disperdere il carico e ridurre la deformazione.

Inoltre, il design integrato dei canali di raffreddamento a liquido e della piastra di base del contenitore è realizzato tramite saldatura a frizione o saldatura laser, e questa progettazione può migliorare efficacemente la resistenza strutturale complessiva.

Diagramma strutturale del contenitore inferiore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione singolo

2-Progettazione dello scambio termico

La conducibilità termica è un elemento cruciale nella tecnologia di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione; l'obiettivo della progettazione è garantire che le batterie possano dissipare efficacemente il calore in ambienti ad alta temperatura, mantenendo così le loro prestazioni e sicurezza.

I materiali del contenitore devono avere elevate proprietà di conduzione termica; i materiali comunemente utilizzati includono leghe di alluminio, rame e materiali compositi a base di alluminio. La progettazione del contenitore deve anche considerare l'impatto delle variazioni di temperatura ambientale; uno strato isolante di spessore adeguato può garantire che la temperatura interna del contenitore rimanga in un intervallo relativamente costante, migliorando così l'efficienza complessiva del sistema.

La progettazione strutturale del contenitore influisce direttamente sulla sua capacità di conduzione termica; una disposizione razionale dei canali garantisce un flusso fluido del liquido all'interno del contenitore e massimizza l'area di contatto, che è la principale strategia per migliorare la capacità di conduzione termica del contenitore. All'interno del contenitore possono essere impostati più canali per aumentare il percorso di circolazione del liquido refrigerante, migliorando così l'efficacia della dissipazione del calore.

（lato sinistro）Opzione 1: Immersione totale + singolo + scambiatore a piastre      

（lato destro）Opzione 2: Immersione totale + singolo + scambiatore a scatola

Il sistema di raffreddamento a liquido comprende il mezzo di raffreddamento, la struttura di conduzione termica, le tubazioni di raffreddamento a liquido e la struttura di supporto.

Nell'opzione 1, è possibile scegliere lo stesso o diversi tipi di liquido refrigerante da riempire separatamente nei canali del pannello di raffreddamento e nella cavità del contenitore, con entrambe le cavità sigillate e non comunicanti. Nella cavità del contenitore, il liquido refrigerante immerge il modulo batteria, garantendo un contatto completo; il raffreddamento avviene senza movimento, sfruttando le buone proprietà di conduzione termica del liquido per assorbire il calore dalla superficie della batteria e ridurre l'aumento della temperatura. Nel pannello di raffreddamento, il liquido refrigerante si divide in più canali che entrano in parallelo nella piastra di raffreddamento attraverso il collettore di ingresso, e poi si unisce e fuoriesce dal collettore di uscita, responsabile principale per l'estrazione del calore e la dissipazione.

Nell'opzione 2, il liquido refrigerante a bassa temperatura entra dal basso o dal lato, mentre quello ad alta temperatura esce dall'alto; il liquido refrigerante circola all'interno del pacco batteria, consentendo una distribuzione uniforme del calore, migliorando l'efficienza complessiva del raffreddamento e mantenendo la coerenza della temperatura del nucleo o del pacco batteria.

Per migliorare ulteriormente l'efficacia del raffreddamento, possono essere adottate diverse misure di ottimizzazione, come l'ottimizzazione del flusso del liquido e del modo di circolazione, la scelta di liquidi refrigeranti ad alta capacità termica e il miglioramento della distribuzione della temperatura del liquido. Queste misure possono ridurre l'accumulo di calore e la perdita di energia, garantendo che le batterie funzionino in uno stato di raffreddamento efficiente.

3-Progettazione della tenuta

Per il contenitore del pacco di raffreddamento a liquido, è necessario adottare una progettazione completamente sigillata utilizzando materiali e strutture di tenuta avanzati; la progettazione della tenuta deve considerare non solo la tenuta all'aria, ma anche quella dei mezzi liquidi, garantendo che le celle della batteria siano prive di perdite in tutte le direzioni.

La progettazione dovrebbe scegliere forme e tipologie di tenuta appropriate in base alle esigenze specifiche dell'applicazione, considerando anche la libertà di perdite dei componenti di tenuta, la resistenza all'usura, la compatibilità con i mezzi e le temperature, e il basso attrito; dovrebbero essere scelti tipi e materiali di guarnizione adeguati in base alle specifiche dettagliate.

Inoltre, la scelta del processo di saldatura influisce notevolmente sulle prestazioni di tenuta; per materiali e spessori diversi, la selezione del metodo di saldatura appropriato può migliorare significativamente la qualità della saldatura, garantendo così la resistenza complessiva e la tenuta del sistema.

Immagine finale del contenitore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione

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