Kiedy pojazdy użytkowe elektryczne po raz pierwszy pojawiły się na rynku, chłodzenie powietrzem było domyślnym wyborem.Ale obecna generacja komercyjnych pojazdów elektrycznych - z akumulatorami o pojemności 200-500 kWh, 150-350 kW szybkiego ładowania, i globalnych środowisk operacyjnych od -30 do +50 stopni Celsjusza -przekroczyło to, co może dostarczyć chłodzenie powietrzem.
Zgodnie z przeglądem technicznym z 2023 r., opublikowanym w czasopiśmie Applied Thermal Engineering (t. 225, 2023, 120216),akumulatory chłodzone powietrzem w cyklach ciężkich wykazują gradient temperatury 5-10°C w całym zestawieW przypadku układów chłodzonych cieczem gradient ten bezpośrednio przekłada się na przyspieszone starzenie się komórek: najcieplejsze komórki rozkładają się do 2 razy szybciej niż najzimniejsze komórki w tym samym opakowaniu.
W niniejszym artykule przedstawiono porównanie systemów BTMS chłodzonych wodą i systemów chłodzonych powietrzem oparte na danych,oparte na 12-miesięcznych danych dotyczących monitorowania floty pojazdów wyposażonych w system Newbase oraz opublikowanych wskaźnikach branżowych.
Porównanie obejmuje również sekcję porównawczą w zakresie konkurencji (sekcja 8), w której porównuje się systemy BTMS Newbase chłodzone wodą z rozwiązaniami Bosch i Mahle chłodzonymi płynem,zapewnienie inżynierom zakupów floty praktycznego odniesienia do oceny dostawców.
Podstawowa różnica -- Środek przenoszenia ciepła
Podstawowa fizyczna różnica między tymi dwoma metodami ma swoje korzenie w właściwościach termicznych płynu roboczego:
Chłodzenie powietrzem: Polega na przymusowej konwekcji z wykorzystaniem powietrza otoczenia, które ma właściwą moc cieplną około 1,005 kJ/kgK i przewodność cieplną około 0,026 W/mK.wymagane są duże objętościowe natężenia przepływu powietrza, co wymaga nadmiaru wentylatorów, rozszerzonej kanalizacji i zwiększonego poboru energii pasożytniczej.
BTMS o temperaturze wody: Wykorzystuje się mieszaninę płynnego płynu chłodzącego (50/50 glikolu etylenowego i wody dejonizowanej) o właściwej pojemności cieplnej około 3,5 kJ/kgK i przewodności cieplnej blisko 0,4 W/mK.To oznacza, że płyn chłodniczy jest około 30,5-krotnie skuteczniejszy na jednostkę masy w absorpcji ciepła, a przewodność cieplna jest około 15-krotnie wyższa niż w powietrzu.
Uwaga w polu: W ramach projektu modernizacji w 2023 roku, przekształciliśmy 20-tonowy elektryczny bagnarz z chłodzenia powietrza w 8 kW system BTMS chłodzonego wodą firmy Newbase.,Jednostka chłodzona wodą, z wbudowanymi w obudowę baterii płytami chłodnymi, zmniejszyła oddziaływanie zarządzania cieplnym do 0.47 m3 - redukcja o 78% - przy jednoczesnym zwiększeniu mocy chłodzącej z 3 m3 w.2 kW do 8 kW.
Z punktu widzenia regionalnego rynku oszczędności przestrzeni są szczególnie cenne dla europejskich autobusów miejskich,w przypadku gdy ograniczenia dotyczące opakowania podwozia podlegają dyrektywie UE 2007/46/WE (Hupowanie typu całego pojazdu), oraz dla australijskich ciężarówek górniczych, gdzie każdy kilogram wyposażenia zamontowanego na podwoziu bezpośrednio zmniejsza pojemność ładunku.
Pojemność chłodzenia i osiągi termiczne
| Parametry |
System chłodzenia powietrzem |
BTMS chłodzony wodą (nowa baza 10 kW) |
| Nominalna pojemność chłodzenia |
1-5 kW (zależne od otoczenia) |
10 kW |
| COP |
1.5-3.0 |
>=2,5 (mierzone 2,65-2,85) |
| Zakres temperatury pracy |
-10 do 50 stopni Celsjusza |
-30°C do +80°C |
| Chłodzenie poniżej 0°C |
Brak skuteczności |
Tak (grzejnik PTC opcjonalny) |
| Maksymalna temperatura komórki (35°C otoczenia, 1°C wyładowania) |
48-55 stopni C |
36-40 stopni C |
| Gradient temperatury opakowania |
5-10°C |
2-3 stopnie C |
Przy ładowaniu prądu stałego o mocy 150 kW BTMS o mocy 10 kW utrzymuje temperaturę akumulatora w zakresie 2°C od wartości ustawionej.Systemy chłodzone powietrzem w tym samym scenariuszu zazwyczaj obserwują wzrost temperatury o 7-10°C w ciągu 15 minut, wywołując obniżenie prądu ładowania.
Dane uzupełniające: Badanie przeprowadzone przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL, 2022, "Thermal Evaluation of Battery Packs with Air and Liquid Cooling") showed that liquid-cooled packs maintained 40% higher charge acceptance during the final SOC window (80-100%) compared to air-cooled packs under identical conditions.
Uwaga regionalna - Azja Południowo-Wschodnia W badaniu terenowym z 2024 r. w Bangkoku w Tajlandii (środowisko 38°C, 85% RH) 10 kW Newbase BTMS na 12-metrowym autobusie elektrycznym utrzymywało temperaturę baterii na 37°C podczas 1-godzinnej trasy miejskiej,Podczas gdy identyczny autobus na tej samej trasie osiągnął 49 stopni Celsjusza w ciągu 45 minutWysoka wilgotność nie miała wpływu na działanie kondensatora BTMS, co potwierdziło badanie 85% RH podczas 500-godzinnej walidacji komory środowiskowej.
Jednorodność temperatury -- Bezpośredni wpływ na żywotność baterii
Jednolitość temperatury w całym zestawie baterii jest jednym z najbardziej istotnych czynników długotrwałego cyklu życia.Kiedy komórki w równolegle połączonej strunie działają w różnych temperaturach, cieplejsze komórki przenoszą więcej prądu, starzeją się szybciej i stają się czynnikiem ograniczającym pojemność opakowania.
Chłodzenie powietrzem: Powietrze wchodzi do opakowania chłodne i wychodzi ciepłe, tworząc naturalny gradient.Opublikowane dane z SAE (SAE Technical Paper 2023-01-0709) informują o średnim gradiencie 70,3 stopnia C w chłodzonych powietrzem ciężarówkach.
BTMS chłodzony wodą: Płyty chłodzące zapewniają bezpośredni kontakt cieplny z każdym modułem ogniwa.
Dane dotyczące floty - 12 miesięcy monitorowania: W ciągu 12 miesięcy (kwiecień 2023 r. - marzec 2024 r.) monitorowaliśmy 30 jednostek Newbase o mocy 12 kW na ciężkich ciężarówkach elektrycznych w Mongolii Wewnętrznej.,Największa odnotowana różnica wynosiła 4,1°C (w ciągu dnia o temperaturze 45°C z wyładowaniem o temperaturze 2°C).opakowanie chłodzone powietrzem w tym samym cyklu pracy i chemicznym układzie komórkowym odnotowało średni gradient 70,3 stopnia C (SAE 2023-01-0709).
Wpływ na żywotność baterii: Wykorzystując model starzenia oparty na modelu Arrhenius z IEC 62660-2, średnia temperatura komórki zmniejszyła się o 5°C, a średnia temperatura komórki o 4.5°C poprawa jednolitości przekłada się na szacunkowy wzrost trwałości cyklu o 30-40%Za 423 kWh kosztuje około 50 dolarów.000, oznacza to potencjalne oszczędności w wysokości 15 000-20 000 dolarów za paczkę w ciągu całego życia pojazdu.
Wydajność energetyczna i utrata pasożytów
Każdy watt zużywany przez system chłodzenia zmniejsza energię dostępną do napędu.
Chłodzenie powietrzem: Wykorzystanie mocy wentylatora jest zgodne z prawem powinowactwa - ma skalę w zależności od kwasu przepływu powietrza.systemy chłodzone powietrzem mogą zużywać 5-8% całkowitej energii akumulatora, przy czym najgorszy scenariusz występuje podczas niskich prędkości eksploatacji miejskiej, gdy naturalny przepływ powietrza jest minimalny.
BTMS chłodzony wodą: Kompresor i bezszczotkowa pompa prądu stałego Newbase zużywają mniej energii na jednostkę chłodzenia.w zależności od profilu temperatury otoczenia i cyklu pracy.
Dane pola: Na 28-tonowej ciężarówce elektrycznej poruszającej się po trasie o długości 150 km 12 kW Newbase BTMS zużyło 11,8 kWh w ciągu 8-godzinnej zmiany (średnia temperatura otoczenia 32°C).dając stratę pasożytniczą 30,3%. Równoważny pojazd chłodzony powietrzem na tej samej trasie potrzebowałby szacunkowo 18-22 kWh na chłodzenie (5,0-5,1%), na podstawie krzywych mocy wentylatora z karty danych producenta.
W przypadku operatorów floty w Europie, gdzie koszty energii wynoszą średnio 0,25-0,35 USD/kWh (Eurostat 2024), 5-8% strat pasożytniczych systemu chłodzonego powietrzem przy dziennym zużyciu 400 kWh przekłada się na 5 000 USD,000 na pojazd rocznie w dodatkowych kosztach energii elektrycznejWodochłodzony BTMS przy 3,0-3,5% straty pasożytniczej zmniejsza to do $3,000-4,500, oszczędzając od 2000 do 3500 dolarów rocznie.
Wydajność w zimnej pogodzie - wyraźna zaleta
Chłodzenie powietrza tylko chłodzi. Nie może ogrzać akumulatora. W zimnym klimacie akumulator musi polegać na wewnętrznym ogrzewaniu rezystywnym, które zużywa 0,3-0.5 kWh na 10 stopni Celsjusza wzrostu temperatury na 100 kWh pojemności akumulatora --i zajmuje 30-40 minut.
System BTMS chłodzony wodą z opcjonalnym grzejnikiem PTC podgrzewa płyn chłodniczy bezpośrednio.w zależności od objętości płynu chłodzącego.
Przykład przypadku - Wydajność floty w zimie: W okresie zimowym 2023-2024 r. flota 30 ciężkich ciężarówek elektrycznych w Xinjiang w Chinach (12 kW jednostek Newbase z grzejnikami PTC) osiągnęła 100% gotowość do zimnego uruchamiania,o temperaturze otoczenia tak niskiej jak -32°CCykl wstępnego klimatyzacji akumulatora zużył 6-8 kWh na pojazd na start na zimno, w porównaniu z szacunkowymi 18-22 kWh, jeśli opiera się tylko na samoogrzewaniu komórek.flota oszczędzała około 400 MWh energii z akumulatorów, co odpowiada ponad 1,300 km dodatkowego zasięgu jazdy na pojazd na zimę.
Weryfikacja klimatu w krajach nordyckich: Na rynku europejskim system Newbase BTMS został przetestowany w obiekcie o zimnym klimacie w północnej Szwecji (środowisko -35°C, płyn chłodzący 50/50 glikolu etylenowego).Ogrzewacz PTC 12 kW osiągnął wstępne uwarunkowanie baterii z -35 do +15 stopni Celsjusza w ciągu 16 minut, spełniający wymóg czasu wstępnego warunkowania określony przez kilka nordyckich organów tranzytu.Wiszkość płynu chłodzącego w temperaturze -35°C (około 120 cP dla 50/50 glikolu etylenowego) mieściła się w dopuszczalnym zakresie pracy pompy, potwierdzone pomiarem natężenia przepływu podczas badania.
Całkowity koszt posiadania - 5-letnia analiza floty
| Wskaźnik kosztów |
System chłodzenia powietrzem |
BTMS chłodzony wodą (nowa baza 12 kW) |
| Początkowe koszty sprzętu |
$4,000-6,000 |
8 500 do 12 dolarów.000 |
| Instalacja |
$1,500-2,500 |
$2,000.000 |
| Wymiana baterii (żywotność opakowania, proporcjonalnie) |
25 000-35 000 dolarów (krótsza żywotność) |
15 000-20 000 dolarów (dłuższe życie) |
| Koszty pasożytnicze energii na pięć lat |
$6,000-9,000 |
$3,500-5.500 |
| Pięcioletnie utrzymanie |
$1,000.000 |
2500-4 dolarów.000 |
| Całkowity koszt na pięć lat |
37 500-54 dolarów.500 |
31 500-44 dolarów.500 |
Uwaga: Koszty wymiany baterii są proporcjonalne dla każdego pojazdu w oparciu o szacowaną różnicę w czasie trwania cyklu; zestaw chłodzony powietrzem szacowany na 2000 cykli do 80% SOH; zestaw chłodzony wodą szacowany na 2800-3,200 cykli do 80% SOHKoszty wymiany opakowania zakłada się na 50 000 $ za opakowanie 423 kWh.
Pięcioletni koszt całkowitego użytku (TCO) systemu BTMS o wodzie jest o 15-20% niższy, głównie ze względu na dłuższą żywotność baterii.
W przypadku europejskich operatorów składnik kosztów energii jest wyższy (0,30 USD/kWh w porównaniu z 0,12 USD/kWh w Chinach),który przenosi punkt bilansowy z 18-24 miesięcy na 14-18 miesięcyW przypadku australijskich operatorów górniczych, gdzie ładowanie generatora wysokoprężnego może kosztować 0,40-0,60/kWh, punkt bilansowy jest jeszcze skrócony do 10-14 miesięcy.
Konkurencyjne badanie porównawcze - Newbase vs Bosch vs Mahle BTMS chłodzony wodą
W przypadku inżynierów zajmujących się zamówieniami flotowymi oceniających wielu dostawców poniższe porównanie stanowi odniesienie techniczne w stosunku do dwóch znanych europejskich marek zarządzania cieplnym:
| Parametry |
Nowa baza 12 kW |
Bosch eCooling (klasa 12 kW) |
Zarządzanie cieplne akumulatorów Mahle (klasa 12 kW) |
| Nominalna pojemność chłodzenia |
12 kW |
12 kW |
110,5 kW |
| Mierzony COP |
2.65-2.85 |
2.4-2.6 (opublikowana karta danych) |
2.3-2.5 (opublikowana karta danych) |
| Ogrzewacz PTC (nieobowiązkowy) |
12 kW (std); 24 kW (na modelu o mocy 10 kW) |
10 kW (maks.) |
8 kW (maks.) |
| Waga |
>= 5 kg |
92-98 kg (w zależności od wariantu) |
88-95 kg |
| Wymiary (LxWxH mm) |
1158x604x355 |
1250x650x380 |
1200x620x370 |
| Integracja elektryczna |
4-w-1 (regulator, kontaktor, bezpiecznik, ładowarka) |
2-w-1 (kontroler + kontaktor oddzielnie) |
3-w-1 (regulator, kontaktor, bezpiecznik oddzielny) |
| Ocena IP |
IP67 (elektryczny) / IP27 (jednostka) |
IP65 (elektryczny) |
IP65 (elektryczny) |
| Protokół komunikacji |
J1939, CANopen, Modbus RTU (wybrane pole) |
Tylko J1939 |
Tylko otworzyć |
| Dostosowanie (OEM/ODM) |
napięcie, CAN.dbc, złącza, PTC, kolor obudowy, punkty mocowania |
Ograniczone (tylko napięcie i złącza) |
Ograniczona (tylko protokół CAN i złącza) |
| Ochrona przeciw spryskaniu soli |
720 h łączniki ASTM B117 (std), 304L SS (nieobowiązkowe) |
480 godzin (std) |
480 godzin (std) |
| Czas realizacji (standardowy) |
4-6 tygodni |
10-14 tygodni |
10-14 tygodni |
Kluczowe uwagi:
- Zalety COP:COP jednostki Newbase wynosi 2,65-2.85, mierzone w wyniku niezależnych badań przeprowadzonych przez osoby trzecie, przekracza zarówno opublikowane przez Bosch, jak i Mahle wartości o 10-15%.oszczędność około 2-4 kWh na 8-godzinną zmianę.
- Moc grzejnika PTC:Ogrzewacz PTC Newbase o mocy 24 kW (dostępny w modelu 10 kW) jest najwyższym w tej klasie porównawczej.Zmniejsza to czas przygotowywania o 30-40% w porównaniu z rozwiązaniami Bosch lub Mahle.
- Elastyczność dostosowania:Newbase zapewnia dostosowanie OEM / ODM w domenach elektrycznych, mechanicznych i termicznych --w tym niestandardowe bazy danych CAN, typy złączy,i geometrii montażowej --co nie jest dostępne od Bosch lub Mahle na tym samym poziomie elastyczności.
- Czas realizacji:W przypadku jednostek standardowych czas realizacji Newbase wynosi 4-6 tygodni, co jest 2-3 razy krótsze niż w przypadku Bosch lub Mahle, co jest kluczowym czynnikiem dla producentów OEM z napiętymi harmonogramami rozwoju pojazdów.
Rzeczywiste przypadki wykorzystania
Sprawa 1 - Ciężka ciężarówka górnicza, Yunnan, Chiny (2024)
A 90-ton electric mining truck (520 kWh LFP battery) was originally designed with an air-cooled system that could not maintain battery temperature below 50 deg C during loaded uphill haul cycles at 38 deg C ambientCiężarówka została wyposażona w nowy BTMS o mocy 16 kW.
Wyniki: Maksymalna temperatura komórki spadła z 53 do 41 stopni Celsjusza.Komórka elektryczna o klasyfikacji IP67 przetrwała codzienne narażenie na kurz i rozpylanie wody bez wniknięciaFunkcja samodzielnej diagnostyki usterek jednostki 16 kW odnotowała 2800 godzin pracy bez usterek.
Sprawa 2 - Floty autobusów miejskich, postępowanie porównawcze, Zhengzhou (2023)
Przeprowadzono badanie porównawcze z udziałem 10 autobusów elektrycznych (303 kWh każdy): 5 autobusów o chłodzonym powietrzem, 5 autobusów z systemem BTMS o chłodzonym wodą Newbase o mocy 10 kW. Badanie trwało 12 miesięcy na tej samej trasie miejskiej.
Wyniki: Autobusy chłodzone wodą wykazywały o 7,2% mniejszą degradację baterii (mierzoną przez utrzymanie pojemności po 12 miesiącach).,W przypadku autobusów chłodzonych wodą średni gradient temperatury baterii wynosił 6,8°C, w przypadku autobusów chłodzonych wodą średni gradient temperatury wynosił 2,4°C.
Sprawa 3 - gabinet ESS, budynek handlowy w Szanghaju (2024)
System ESS o mocy 500 kWh (stawki LFP, 5x 100 kWh) wykorzystujący stawki chłodzone powietrzem został zastąpiony systemem chłodzonym płynem wykorzystującym jedną jednostkę Newbase BTMS o mocy 8 kW.
Wyniki: System chłodzenia płynem zmniejszył średnią temperaturę stoiska z 38 do 32 stopni Celsjusza. Szacuje się, że zmniejszenie o 6 stopni Celsjusza wydłuży żywotność baterii ESS z 4000 cykli do 5500 cykli (w oparciu o model starzenia IEC 62660-2)Konsumpcja energii BTMS wynosi 2,8% całkowitej przepustowości ESS, w porównaniu z 4,5% w przypadku poprzedniej konfiguracji chłodzonej powietrzem.
Gwarancja i wsparcie
Newbase wspiera swoje urządzenia BTMS 3-letnią kompleksową gwarancją obejmującą sprężarkę, pompę, sterownik i wszystkie komponenty elektryczne.Dostępne są rozszerzone pakiety gwarancji (5 lat) dla klientów z flotyKlienci OEM/ODM otrzymują dostosowane warunki gwarancji w oparciu o roczne zobowiązania dotyczące wielkości.
Wszystkie jednostki obejmują wsparcie zdalnej diagnostyki za pośrednictwem przesyłania danych opartych na CAN.
Dla klientów międzynarodowych Newbase utrzymuje partnerów regionalnych w Niemczech (UE), Teksasie (Ameryka Północna) i Percie (Australia) w celu wsparcia w uruchomieniu, zapasów części zamiennych,i usługi gwarancyjneZapewnia to, że średni czas reakcji na awarię BTMS jest mniejszy niż 48 godzin w każdym z trzech regionów.
Podsumowanie
Ocieplony wodą system BTMS przewyższa chłodzenie powietrza pod każdym względem: zdolność chłodzenia, jednolitość temperatury, efektywność energetyczną, wydajność w zimnych warunkach i całkowity koszt posiadania.Dane z 12 miesięcy historii floty i przypadki wdrażania w świecie rzeczywistym potwierdzają, że początkowa premia sprzętowa BTMS chłodzonego wodą jest odzyskiwana dzięki dłuższej żywotności bateriiW przypadku komercyjnych pojazdów elektrycznych z akumulatorami o pojemności powyżej 100 kWh chłodzenie powietrzem nie jest już realną opcją techniczną.
W porównaniu z ugruntowanymi europejskimi markami (Bosch, Mahle), system Newbase BTMS oferuje konkurencyjny lub lepszy COP, większą moc ogrzewania PTC, większą elastyczność dostosowania,i znacznie krótsze czasy realizacji, co czyni go silnym wyborem dla oszczędnych producentów i operatorów floty w Ameryce Północnej, Europie i Australii.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
