เหตุใดจึงควรใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง?

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และกำลังขาออกเพิ่มขึ้น การจัดการความร้อนจะกลายเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดในการออกแบบระบบแบตเตอรี่ นี่คือเหตุผลที่ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวกำลังเข้ามาแทนที่ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมอย่างรวดเร็วในระบบแบตเตอรี่แรงดันสูงสมัยใหม่

ความท้าทายด้านความร้อนของระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง

ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูงโดยทั่วไปทำงานที่ช่วงแรงดัน 400 โวลต์ ถึงมากกว่า 1000 โวลต์ โดยให้กำลังไฟฟ้าจำนวนมากสำหรับการใช้งานไฟฟ้าแบบหนัก

ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เซลล์แบตเตอรี่จะสร้างความร้อนขึ้นเนื่องจากความต้านทานภายใน เมื่อทำงานภายใต้สภาวะกำลังสูง เช่น การชาร์จเร็ว การปีนเขา การทำงานภายใต้ภาระหนัก หรือการคายประจุที่กระแสสูงอย่างต่อเนื่อง ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

หากไม่มีการควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสม จะส่งผลให้เกิด:
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง
อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลง
อายุการใช้งานตามจำนวนรอบการชาร์จ-คายประจุลดลง
การจำกัดกำลังไฟฟ้า
ความไม่สอดคล้องกันของเซลล์แบตเตอรี่
ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและการล้มเหลวแบบรุนแรงของแบตเตอรี่ (thermal runaway)

ด้วยเหตุนี้ การจัดการความร้อนจึงไม่ใช่สิ่งที่สามารถเลือกได้อีกต่อไปในระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง — แต่เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

ข้อได้เปรียบของการระบายความร้อนด้วยของเหลวในระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง

การระบายความร้อนด้วยของเหลวใช้ช่องทางไหลของสารหล่อเย็น แผ่นระบายความร้อน ปั๊ม และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อถ่ายเทความร้อนออกจากโมดูลแบตเตอรี่โดยตรง

เมื่อเปรียบเทียบกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลวให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการ

1. ประสิทธิภาพในการระบายความร้อนสูงกว่า

ของเหลวมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอากาศมาก จึงสามารถดูดซับและถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า

2. ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิดีกว่า

หนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของการระบายความร้อนด้วยของเหลว คือ การรักษาอุณหภูมิที่สม่ำเสมอกันทั่วทั้งเซลล์แบตเตอรี่ทั้งหมด

ระบบการระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโมดูลได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยให้แพ็กแบตเตอรี่ทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

3. ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น

การลุกลามเชิงความร้อน (Thermal runaway) เป็นหนึ่งในปัญหาที่น่ากังวลมากที่สุดในระบบแบตเตอรี่ลิเธียม การระบายความร้อนด้วยของเหลวช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้โดยการกำจัดความร้อนส่วนเกินออกอย่างรวดเร็ว และป้องกันไม่ให้เกิดภาวะร้อนสะสมในบริเวณเฉพาะ

4. อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น

อุณหภูมิสูงเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ การรักษาเซลล์แบตเตอรี่ให้อยู่ภายในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมจะช่วยลดการสูญเสียความจุ ชะลอกระบวนการเสื่อมสภาพภายใน และยืดอายุการใช้งานแบบไซเคิล (cycle life)

สิ่งนี้ทำให้แบตเตอรี่ประเภทนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านการขับเคลื่อนไฟฟ้าในยานพาหนะนอกถนนและภาคอุตสาหกรรม

ปัจจุบัน ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูงที่ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายใน:
เครื่องจักรก่อสร้างไฟฟ้า
รถบรรทุกเหมืองแร่
อุปกรณ์การเกษตร
รถบัสไฟฟ้าและยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์
ทะเล