蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，德雷塞爾大學（Drexel University）工程學院助理教授Ahmad Najafi博士領(lǐng)導的研究人員開發(fā)出一種設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)，用于將類似血管的冷卻網(wǎng)絡(luò)整合到電動汽車的新一代碳纖維電池的封裝中。該方法可以平衡性能增強因素，如電池容量和電導率，并避免發(fā)生重量和熱活動等問題變量，從而避免降低性能并導致故障，進而為所有電動汽車設(shè)計提供最佳的電池封裝規(guī)格。
研究人員稱：“電動汽車發(fā)展并擴大其市場份額的主要阻礙因素之一是電池的比能量低，這使得電動汽車很重，特別是對于長續(xù)航里程設(shè)計而言?！?/p>
多面電池
盡管空氣質(zhì)量和氣候變化問題日益緊迫，以及不斷上漲的汽油價格刺激了對電動汽車的需求，但過去一年中發(fā)生多起電動汽車因電池耐用性和安全性而被召回的事件，電動汽車市場頗受影響。
因此，越來越多的公司正在考慮使用固態(tài)電池，即一種在電動汽車中廣泛使用的大型鋰離子電池的薄型、碳纖維基版。這種電池可以巧妙地融入汽車底盤的物理結(jié)構(gòu)中，并為汽車減重。
據(jù)估計，該電池可將汽車的重量減少10%，從而將續(xù)航里程效率提高6%-8%，因此用碳纖維復合材料代替汽車框架中結(jié)構(gòu)部件和電池的部分，可以減輕車輛的整體重量并提高其儲能能力。
加熱
為了使這些結(jié)構(gòu)性或“無質(zhì)量”電池取得成功，設(shè)計人員必須應對使用固體聚合物（非液體電解質(zhì)溶液）作為其電子傳輸介質(zhì)所帶來的挑戰(zhàn)。
Najafi解釋說：“與標準鋰離子電池相比，結(jié)構(gòu)電池的發(fā)熱量將大大增加。”這是因為聚合物電解質(zhì)的電導率遠小于鋰離子電池中使用的液體電解質(zhì)的電導率。 這意味著電子在穿過聚合物時面臨更多的瓶頸，因此移動會變慢，則在電池放電時會產(chǎn)生更多的熱量。
Najafi還表示：“雖然結(jié)構(gòu)電池復合材料是減輕電動汽車重量的一項有前途的技術(shù)，但材料設(shè)計肯定會受益于添加熱管理系統(tǒng)，不僅可以提高電動汽車的續(xù)航里程，還可以大大降低熱失控反應的可能性?！?/p>
保證低溫
多年來，Najafi的研究小組一直在開發(fā)用于熱管理的特殊復合材料。他們利用大自然自身的冷卻方法——血管系統(tǒng)——來散熱。通過修改他們發(fā)明的用于繪制最佳“微血管”網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計工具，研究人員能夠設(shè)計出冷卻復合材料，該復合材料將作為特斯拉、沃爾沃和大眾等公司目前正在測試的結(jié)構(gòu)電池包裝的一部分。
Najafi團隊在最新研究中提出的設(shè)計系統(tǒng)可以計算出微血管通道的最佳模式、尺寸和數(shù)量，以快速散發(fā)電池的熱量，并優(yōu)化通過通道的冷卻劑的流動效率設(shè)計。
Najafi表示：“這些復合材料的功能類似于內(nèi)燃機汽車中的散熱器。當冷卻劑通過微通道網(wǎng)絡(luò)時，它會吸收熱量并將其從電池復合材料中拉走。”
將結(jié)構(gòu)電池夾在冷卻微血管復合材料層之間可以在使用過程中保持溫度，并延長運行時間和功率范圍。
合適的
如論文所述，該團隊的結(jié)構(gòu)電池優(yōu)化過程考慮了幾個設(shè)計參數(shù)，例如每層碳纖維的厚度和纖維方向、活性材料中纖維的體積分數(shù)以及熱調(diào)節(jié)所需的微血管復合板的數(shù)量。
為了測試每種組合，該小組測量了每個結(jié)構(gòu)電池冷卻復合層壓板的剛度，以確保符合車輛結(jié)構(gòu)完整性標準。然后，他們在幾分鐘的時間內(nèi)模擬了車輛在不同速度下的能量需求，同時記錄了電池的溫度，車輛的預測續(xù)航里程。
根據(jù)研究，一個優(yōu)化系統(tǒng)的計算機模型表明可以將特斯拉Model S的續(xù)航里程提高23%。但該團隊指出，他們工作的真正價值在于能夠收集電池尺寸和重量的最佳組合，包括足夠的冷卻能力以保持其運行，適用于現(xiàn)在生產(chǎn)中的任何電動汽車以及未來設(shè)計。
Najafi稱：“雖然我們知道減輕重量有助于提高電動汽車的性能，但熱管理可能同樣重要，更重要的是讓人們舒適地駕駛。我們的系統(tǒng)努力整合這兩個優(yōu)勢，可能會在電動汽車的進步中發(fā)揮重要作用。”
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