Khi xe thương mại điện lần đầu tiên bước vào thị trường, làm mát bằng không khí là lựa chọn mặc định. Nó đơn giản, rẻ tiền và đủ cho các gói pin 50-100 kWh của xe tải giao hàng sớm.Nhưng thế hệ xe điện thương mại hiện tại -- với 200-500 kWh pin, 150-350 kW sạc nhanh, và môi trường hoạt động toàn cầu từ -30 độ C đến +50 độ C - đã phát triển hơn những gì làm mát không khí có thể cung cấp.
Theo một đánh giá kỹ thuật năm 2023 được xuất bản trong Applied Thermal Engineering (tập 225, 2023, 120216),gói pin làm mát bằng không trong chu kỳ sử dụng nặng cho thấy độ nghiêng nhiệt độ 5-10 ° C trên gói, so với 2-3 độ C cho các hệ thống làm mát bằng chất lỏng. gradient này trực tiếp chuyển thành lão hóa tế bào tăng tốc: các tế bào nóng nhất phân hủy nhanh hơn 2 lần so với các tế bào mát nhất trong cùng một gói.
Bài viết này cung cấp một so sánh dựa trên dữ liệu của hệ thống BTMS làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí,Dựa trên 12 tháng dữ liệu giám sát đội xe từ các phương tiện được trang bị Newbase và các điểm chuẩn ngành công nghiệp được công bố.
So sánh cũng bao gồm một phần so sánh cạnh tranh (Phần 8) so sánh BTMS làm mát bằng nước Newbase với các giải pháp làm mát bằng chất lỏng của Bosch và Mahle,cung cấp cho các kỹ sư mua sắm hạm đội một tài liệu tham khảo thực tế để đánh giá nhà cung cấp.
Sự khác biệt cơ bản về vật lý giữa hai cách tiếp cận bắt nguồn từ tính chất nhiệt của chất lỏng làm việc:
Từ quan điểm thị trường khu vực, việc tiết kiệm không gian đặc biệt có giá trị cho xe buýt thành phố châu Âu,Khi các hạn chế về bao bì khung xe được quy định bởi Chỉ thị EU 2007/46/EC (Hợp nhất toàn bộ phương tiện), và cho xe tải khai thác mỏ Úc, nơi mỗi kg thiết bị gắn trên khung gầm trực tiếp làm giảm dung lượng tải hữu ích.
| Parameter | Hệ thống làm mát bằng không khí | BTMS làm mát bằng nước (Newbase 10 kW) |
|---|---|---|
| Khả năng làm mát theo định số | 1-5 kW (tùy thuộc vào môi trường xung quanh) | 10 kW |
| COP | 1.5-3.0 | >=2,5 (đánh giá 2,65-2,85) |
| Phạm vi nhiệt độ hoạt động | -10 đến 50 độ C | -30 độ C đến +80 độ C |
| Làm mát dưới 0 độ C | Không hiệu quả | Có (máy sưởi PTC tùy chọn) |
| Nhiệt độ pin tối đa (35 độ C môi trường xung quanh, xả 1 độ C) | 48-55 độ C | 36-40 độ C |
| Tiêu chuẩn nhiệt độ đóng gói | 5-10 độ C | 2-3 độ C |
Khoảng cách công suất làm mát rõ rệt nhất trong thời gian sạc nhanh.Hệ thống làm mát bằng không khí trong cùng một kịch bản thường thấy nhiệt độ tăng 7-10 độ C trong vòng 15 phút, kích hoạt điện tích hiện tại derating.
Sự đồng nhất nhiệt độ trên toàn bộ bộ pin là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với tuổi thọ chu kỳ dài hạn.Khi các tế bào trong một chuỗi song song kết nối hoạt động ở nhiệt độ khác nhau, các tế bào ấm hơn mang nhiều dòng điện hơn, già nhanh hơn và trở thành yếu tố hạn chế cho dung lượng gói.
Mỗi watt tiêu thụ bởi hệ thống làm mát làm giảm năng lượng có sẵn cho động cơ.
Đối với các nhà điều hành đội xe ở châu Âu, nơi chi phí năng lượng trung bình là 0,25-0,35 USD/kWh (Eurostat 2024), sự mất mát ký sinh trùng 5-8% của một hệ thống làm mát bằng không khí với mức tiêu thụ hàng ngày 400 kWh chuyển thành 5.000 USD,000 mỗi xe mỗi năm trong chi phí điện bổ sungBTMS làm mát bằng nước ở mức 3,0-3,5% tổn thất ký sinh trùng làm giảm số tiền này xuống còn $3,000.500, tiết kiệm 2.000-3.500 đô la mỗi xe mỗi năm.
Không khí làm mát chỉ làm mát. Nó không thể làm nóng pin. Trong khí hậu lạnh, pin phải dựa vào sưởi ấm kháng cự bên trong, tiêu thụ 0,3-0.5 kWh mỗi 10 độ C tăng nhiệt độ mỗi 100 kWh dung lượng pin -- và mất 30-40 phút.
BTMS làm mát bằng nước với máy sưởi PTC tùy chọn làm nóng chất làm mát trực tiếp.tùy thuộc vào khối lượng chất làm mát.
| Yếu tố chi phí | Hệ thống làm mát bằng không khí | BTMS làm mát bằng nước (Newbase 12 kW) |
|---|---|---|
| Chi phí phần cứng ban đầu | $4,000, $6,000 | $8,500-12,000 |
| Cài đặt | $1,500-2,500 | 2,000-3 đô.000 |
| Thay pin (thời gian sử dụng, theo tỷ lệ) | 25.000-35.000 đô la (sự sống ngắn hơn) | $15,000-20,000 (sống lâu hơn) |
| Chi phí sinh trùng năng lượng 5 năm | $6,000-9,000 | $3,500-5,500 |
| Bảo trì 5 năm | $1.000-2.000 | $2,500-4,000 |
| Tổng chi phí 5 năm | 37,500-54 đô la,500 | 31.500-44 đô la,500 |
TCO 5 năm cho BTMS làm mát bằng nước thấp hơn 15-20%, chủ yếu là do tuổi thọ pin dài hơn.
Các con số TCO này dựa trên dữ liệu của đội xe tải hạng nặng ở Inner Mongolia. Đối với các nhà khai thác châu Âu, thành phần chi phí năng lượng cao hơn (0,30 USD/kWh so với 0,12 USD/kWh ở Trung Quốc),Điều này làm thay đổi điểm thoái vốn từ 18-24 tháng sang 14-18 tháng.Đối với các nhà khai thác mỏ Úc, nơi việc sạc máy phát điện diesel có thể tốn 0,40-0,60/kWh, điểm cân bằng được rút ngắn thêm xuống còn 10-14 tháng.
Đối với các kỹ sư mua sắm hạm đội đánh giá nhiều nhà cung cấp, so sánh sau đây cung cấp một tham chiếu kỹ thuật so với hai thương hiệu quản lý nhiệt châu Âu đã được thành lập:
| Parameter | Cơ sở mới 12 kW | Bosch eCooling (12 kW lớp) | Quản lý nhiệt pin Mahle (loại 12 kW) |
|---|---|---|---|
| Khả năng làm mát theo định số | 12 kW | 12 kW | 11.5 kW |
| COP đo | 2.65-2.85 | 2.4-2.6 (bảng dữ liệu được công bố) | 2.3-2.5 (bảng dữ liệu được công bố) |
| Máy sưởi PTC (không cần thiết) | 12 kW (std); 24 kW (trên mô hình 10 kW) | 10 kW (tối đa) | 8 kW (tối đa) |
| Trọng lượng | >= 5 kg | 92-98 kg (tùy thuộc vào biến thể) | 88-95 kg |
| Kích thước (LxWxH mm) | 1158x604x355 | 1250x650x380 | 1200x620x370 |
| Tích hợp điện | 4-in-1 (điện điều khiển, tiếp xúc, an toàn, sạc trước) | 2-in-1 (điều khiển + tiếp xúc riêng biệt) | 3-in-1 (điều khiển, tiếp xúc, an toàn riêng biệt) |
| Xếp hạng IP | IP67 (điện) / IP27 (đơn vị) | IP65 (điện) | IP65 (điện) |
| Giao thức thông tin | J1939, CANopen, Modbus RTU (chọn trường) | Chỉ J1939 | Chỉ mở |
| Tùy chỉnh (OEM / ODM) | Điện áp, CAN.dbc, kết nối, PTC, màu vỏ, điểm gắn | Hạn chế (chỉ áp suất & đầu nối) | Hạn chế (chỉ giao thức CAN và đầu nối) |
| Bảo vệ xịt muối | 720 giờ ASTM B117 (std), 304L SS phụ kiện (tùy chọn) | 480 giờ (std) | 480 giờ (std) |
| Thời gian dẫn (Tiêu chuẩn) | 4-6 tuần | 10-14 tuần | 10-14 tuần |
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 ambientChiếc xe tải đã được trang bị một Newbase 16 kW BTMS làm mát bằng nước.
Một thử nghiệm so sánh đã được thực hiện với 10 xe buýt điện (303 kWh mỗi chiếc): 5 xe buýt có hệ thống làm mát bằng không khí, 5 xe buýt với BTMS làm mát bằng nước Newbase 10 kW.
Một hệ thống ESS 500 kWh (LFP, 5x 100 kWh racks) sử dụng racks làm mát bằng không khí đã được thay thế bằng một hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng một đơn vị BTMS Newbase 8 kW. ESS cung cấp độ tần suất cao nhất cho một tòa nhà thương mại.
Newbase hỗ trợ các đơn vị BTMS của mình với bảo hành toàn diện 3 năm bao gồm máy nén, bơm, bộ điều khiển và tất cả các thành phần điện.Các gói bảo hành mở rộng (5 năm) có sẵn cho khách hàng hạm độiKhách hàng OEM / ODM nhận được các điều khoản bảo hành tùy chỉnh dựa trên cam kết khối lượng hàng năm.
Tất cả các đơn vị bao gồm hỗ trợ chẩn đoán từ xa thông qua tải dữ liệu dựa trên CAN. Nhóm kỹ thuật Newbase cung cấp phản ứng hỗ trợ kỹ thuật 24 giờ cho các vấn đề quan trọng của đội tàu.
Đối với khách hàng quốc tế, Newbase duy trì các đối tác dịch vụ khu vực ở Đức (EU), Texas (Hắc Mỹ) và Perth (Australia) để hỗ trợ đưa vào hoạt động tại chỗ, tồn kho phụ tùng thay thế,và dịch vụ bảo hànhĐiều này đảm bảo rằng thời gian phản ứng trung bình cho một lỗi BTMS quan trọng là dưới 48 giờ ở bất kỳ ba khu vực nào.
BTMS làm mát bằng nước vượt trội so với làm mát bằng không khí trong mọi chỉ số có ý nghĩa: dung lượng làm mát, sự đồng nhất nhiệt độ, hiệu quả năng lượng, hiệu suất thời tiết lạnh và tổng chi phí sở hữu.Dữ liệu hạm đội 12 tháng và các trường hợp triển khai thực tế xác nhận rằng phí bảo hiểm phần cứng ban đầu của BTMS làm mát bằng nước được thu hồi thông qua tuổi thọ pin dài hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn và giảm thời gian ngừng hoạt động không được lên kế hoạch.
Khi so sánh với các thương hiệu nổi tiếng của châu Âu (Bosch, Mahle), Newbase BTMS cung cấp COP cạnh tranh hoặc vượt trội, công suất máy sưởi PTC cao hơn, linh hoạt tùy chỉnh lớn hơn,và thời gian giao dịch ngắn hơn đáng kể, làm cho nó trở thành sự lựa chọn mạnh mẽ cho các nhà sản xuất OEM và các nhà khai thác hạm đội có ý thức về chi phí trên khắp Bắc Mỹ, châu Âu và Úc.
Khi xe thương mại điện lần đầu tiên bước vào thị trường, làm mát bằng không khí là lựa chọn mặc định. Nó đơn giản, rẻ tiền và đủ cho các gói pin 50-100 kWh của xe tải giao hàng sớm.Nhưng thế hệ xe điện thương mại hiện tại -- với 200-500 kWh pin, 150-350 kW sạc nhanh, và môi trường hoạt động toàn cầu từ -30 độ C đến +50 độ C - đã phát triển hơn những gì làm mát không khí có thể cung cấp.
Theo một đánh giá kỹ thuật năm 2023 được xuất bản trong Applied Thermal Engineering (tập 225, 2023, 120216),gói pin làm mát bằng không trong chu kỳ sử dụng nặng cho thấy độ nghiêng nhiệt độ 5-10 ° C trên gói, so với 2-3 độ C cho các hệ thống làm mát bằng chất lỏng. gradient này trực tiếp chuyển thành lão hóa tế bào tăng tốc: các tế bào nóng nhất phân hủy nhanh hơn 2 lần so với các tế bào mát nhất trong cùng một gói.
Bài viết này cung cấp một so sánh dựa trên dữ liệu của hệ thống BTMS làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí,Dựa trên 12 tháng dữ liệu giám sát đội xe từ các phương tiện được trang bị Newbase và các điểm chuẩn ngành công nghiệp được công bố.
So sánh cũng bao gồm một phần so sánh cạnh tranh (Phần 8) so sánh BTMS làm mát bằng nước Newbase với các giải pháp làm mát bằng chất lỏng của Bosch và Mahle,cung cấp cho các kỹ sư mua sắm hạm đội một tài liệu tham khảo thực tế để đánh giá nhà cung cấp.
Sự khác biệt cơ bản về vật lý giữa hai cách tiếp cận bắt nguồn từ tính chất nhiệt của chất lỏng làm việc:
Từ quan điểm thị trường khu vực, việc tiết kiệm không gian đặc biệt có giá trị cho xe buýt thành phố châu Âu,Khi các hạn chế về bao bì khung xe được quy định bởi Chỉ thị EU 2007/46/EC (Hợp nhất toàn bộ phương tiện), và cho xe tải khai thác mỏ Úc, nơi mỗi kg thiết bị gắn trên khung gầm trực tiếp làm giảm dung lượng tải hữu ích.
| Parameter | Hệ thống làm mát bằng không khí | BTMS làm mát bằng nước (Newbase 10 kW) |
|---|---|---|
| Khả năng làm mát theo định số | 1-5 kW (tùy thuộc vào môi trường xung quanh) | 10 kW |
| COP | 1.5-3.0 | >=2,5 (đánh giá 2,65-2,85) |
| Phạm vi nhiệt độ hoạt động | -10 đến 50 độ C | -30 độ C đến +80 độ C |
| Làm mát dưới 0 độ C | Không hiệu quả | Có (máy sưởi PTC tùy chọn) |
| Nhiệt độ pin tối đa (35 độ C môi trường xung quanh, xả 1 độ C) | 48-55 độ C | 36-40 độ C |
| Tiêu chuẩn nhiệt độ đóng gói | 5-10 độ C | 2-3 độ C |
Khoảng cách công suất làm mát rõ rệt nhất trong thời gian sạc nhanh.Hệ thống làm mát bằng không khí trong cùng một kịch bản thường thấy nhiệt độ tăng 7-10 độ C trong vòng 15 phút, kích hoạt điện tích hiện tại derating.
Sự đồng nhất nhiệt độ trên toàn bộ bộ pin là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với tuổi thọ chu kỳ dài hạn.Khi các tế bào trong một chuỗi song song kết nối hoạt động ở nhiệt độ khác nhau, các tế bào ấm hơn mang nhiều dòng điện hơn, già nhanh hơn và trở thành yếu tố hạn chế cho dung lượng gói.
Mỗi watt tiêu thụ bởi hệ thống làm mát làm giảm năng lượng có sẵn cho động cơ.
Đối với các nhà điều hành đội xe ở châu Âu, nơi chi phí năng lượng trung bình là 0,25-0,35 USD/kWh (Eurostat 2024), sự mất mát ký sinh trùng 5-8% của một hệ thống làm mát bằng không khí với mức tiêu thụ hàng ngày 400 kWh chuyển thành 5.000 USD,000 mỗi xe mỗi năm trong chi phí điện bổ sungBTMS làm mát bằng nước ở mức 3,0-3,5% tổn thất ký sinh trùng làm giảm số tiền này xuống còn $3,000.500, tiết kiệm 2.000-3.500 đô la mỗi xe mỗi năm.
Không khí làm mát chỉ làm mát. Nó không thể làm nóng pin. Trong khí hậu lạnh, pin phải dựa vào sưởi ấm kháng cự bên trong, tiêu thụ 0,3-0.5 kWh mỗi 10 độ C tăng nhiệt độ mỗi 100 kWh dung lượng pin -- và mất 30-40 phút.
BTMS làm mát bằng nước với máy sưởi PTC tùy chọn làm nóng chất làm mát trực tiếp.tùy thuộc vào khối lượng chất làm mát.
| Yếu tố chi phí | Hệ thống làm mát bằng không khí | BTMS làm mát bằng nước (Newbase 12 kW) |
|---|---|---|
| Chi phí phần cứng ban đầu | $4,000, $6,000 | $8,500-12,000 |
| Cài đặt | $1,500-2,500 | 2,000-3 đô.000 |
| Thay pin (thời gian sử dụng, theo tỷ lệ) | 25.000-35.000 đô la (sự sống ngắn hơn) | $15,000-20,000 (sống lâu hơn) |
| Chi phí sinh trùng năng lượng 5 năm | $6,000-9,000 | $3,500-5,500 |
| Bảo trì 5 năm | $1.000-2.000 | $2,500-4,000 |
| Tổng chi phí 5 năm | 37,500-54 đô la,500 | 31.500-44 đô la,500 |
TCO 5 năm cho BTMS làm mát bằng nước thấp hơn 15-20%, chủ yếu là do tuổi thọ pin dài hơn.
Các con số TCO này dựa trên dữ liệu của đội xe tải hạng nặng ở Inner Mongolia. Đối với các nhà khai thác châu Âu, thành phần chi phí năng lượng cao hơn (0,30 USD/kWh so với 0,12 USD/kWh ở Trung Quốc),Điều này làm thay đổi điểm thoái vốn từ 18-24 tháng sang 14-18 tháng.Đối với các nhà khai thác mỏ Úc, nơi việc sạc máy phát điện diesel có thể tốn 0,40-0,60/kWh, điểm cân bằng được rút ngắn thêm xuống còn 10-14 tháng.
Đối với các kỹ sư mua sắm hạm đội đánh giá nhiều nhà cung cấp, so sánh sau đây cung cấp một tham chiếu kỹ thuật so với hai thương hiệu quản lý nhiệt châu Âu đã được thành lập:
| Parameter | Cơ sở mới 12 kW | Bosch eCooling (12 kW lớp) | Quản lý nhiệt pin Mahle (loại 12 kW) |
|---|---|---|---|
| Khả năng làm mát theo định số | 12 kW | 12 kW | 11.5 kW |
| COP đo | 2.65-2.85 | 2.4-2.6 (bảng dữ liệu được công bố) | 2.3-2.5 (bảng dữ liệu được công bố) |
| Máy sưởi PTC (không cần thiết) | 12 kW (std); 24 kW (trên mô hình 10 kW) | 10 kW (tối đa) | 8 kW (tối đa) |
| Trọng lượng | >= 5 kg | 92-98 kg (tùy thuộc vào biến thể) | 88-95 kg |
| Kích thước (LxWxH mm) | 1158x604x355 | 1250x650x380 | 1200x620x370 |
| Tích hợp điện | 4-in-1 (điện điều khiển, tiếp xúc, an toàn, sạc trước) | 2-in-1 (điều khiển + tiếp xúc riêng biệt) | 3-in-1 (điều khiển, tiếp xúc, an toàn riêng biệt) |
| Xếp hạng IP | IP67 (điện) / IP27 (đơn vị) | IP65 (điện) | IP65 (điện) |
| Giao thức thông tin | J1939, CANopen, Modbus RTU (chọn trường) | Chỉ J1939 | Chỉ mở |
| Tùy chỉnh (OEM / ODM) | Điện áp, CAN.dbc, kết nối, PTC, màu vỏ, điểm gắn | Hạn chế (chỉ áp suất & đầu nối) | Hạn chế (chỉ giao thức CAN và đầu nối) |
| Bảo vệ xịt muối | 720 giờ ASTM B117 (std), 304L SS phụ kiện (tùy chọn) | 480 giờ (std) | 480 giờ (std) |
| Thời gian dẫn (Tiêu chuẩn) | 4-6 tuần | 10-14 tuần | 10-14 tuần |
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 ambientChiếc xe tải đã được trang bị một Newbase 16 kW BTMS làm mát bằng nước.
Một thử nghiệm so sánh đã được thực hiện với 10 xe buýt điện (303 kWh mỗi chiếc): 5 xe buýt có hệ thống làm mát bằng không khí, 5 xe buýt với BTMS làm mát bằng nước Newbase 10 kW.
Một hệ thống ESS 500 kWh (LFP, 5x 100 kWh racks) sử dụng racks làm mát bằng không khí đã được thay thế bằng một hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng một đơn vị BTMS Newbase 8 kW. ESS cung cấp độ tần suất cao nhất cho một tòa nhà thương mại.
Newbase hỗ trợ các đơn vị BTMS của mình với bảo hành toàn diện 3 năm bao gồm máy nén, bơm, bộ điều khiển và tất cả các thành phần điện.Các gói bảo hành mở rộng (5 năm) có sẵn cho khách hàng hạm độiKhách hàng OEM / ODM nhận được các điều khoản bảo hành tùy chỉnh dựa trên cam kết khối lượng hàng năm.
Tất cả các đơn vị bao gồm hỗ trợ chẩn đoán từ xa thông qua tải dữ liệu dựa trên CAN. Nhóm kỹ thuật Newbase cung cấp phản ứng hỗ trợ kỹ thuật 24 giờ cho các vấn đề quan trọng của đội tàu.
Đối với khách hàng quốc tế, Newbase duy trì các đối tác dịch vụ khu vực ở Đức (EU), Texas (Hắc Mỹ) và Perth (Australia) để hỗ trợ đưa vào hoạt động tại chỗ, tồn kho phụ tùng thay thế,và dịch vụ bảo hànhĐiều này đảm bảo rằng thời gian phản ứng trung bình cho một lỗi BTMS quan trọng là dưới 48 giờ ở bất kỳ ba khu vực nào.
BTMS làm mát bằng nước vượt trội so với làm mát bằng không khí trong mọi chỉ số có ý nghĩa: dung lượng làm mát, sự đồng nhất nhiệt độ, hiệu quả năng lượng, hiệu suất thời tiết lạnh và tổng chi phí sở hữu.Dữ liệu hạm đội 12 tháng và các trường hợp triển khai thực tế xác nhận rằng phí bảo hiểm phần cứng ban đầu của BTMS làm mát bằng nước được thu hồi thông qua tuổi thọ pin dài hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn và giảm thời gian ngừng hoạt động không được lên kế hoạch.
Khi so sánh với các thương hiệu nổi tiếng của châu Âu (Bosch, Mahle), Newbase BTMS cung cấp COP cạnh tranh hoặc vượt trội, công suất máy sưởi PTC cao hơn, linh hoạt tùy chỉnh lớn hơn,và thời gian giao dịch ngắn hơn đáng kể, làm cho nó trở thành sự lựa chọn mạnh mẽ cho các nhà sản xuất OEM và các nhà khai thác hạm đội có ý thức về chi phí trên khắp Bắc Mỹ, châu Âu và Úc.
