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eVTOL電池?zé)峁芾恚浩桨鍩峁?沖壓空氣的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)
電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）作為低以其靜音、高效、靈活的特性，為解決城市交通擁堵提供全新可能。然而，與電動(dòng)汽車(chē)相比，eVTOL的飛行場(chǎng)景更為極端：垂直起降階段放電率高達(dá)4-6C（遠(yuǎn)超電動(dòng)汽車(chē)的0.1-1C），且對(duì)設(shè)備的輕量化、小型化要求更嚴(yán)苛。傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的液冷或風(fēng)冷系統(tǒng)要么重量過(guò)大，要么散熱效率不足，無(wú)法直接適配eVTOL的“高壓”工況。針對(duì)這一難題，南京航空航天大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種被動(dòng)式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，通過(guò)“平板熱管+沖壓空氣”的組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效散熱與輕量化的平衡。
散熱系統(tǒng)介紹
散熱系統(tǒng)利用飛行器的氣流特性，在側(cè)面及底部設(shè)置沖壓空氣進(jìn)氣口，飛行時(shí)氣流以一定速度自然流入冷卻通道，無(wú)需額外動(dòng)力裝置即可形成高效對(duì)流散熱。電池組配合機(jī)身結(jié)構(gòu)集成的平板熱管組件，工作時(shí)通過(guò)“蒸發(fā)-冷凝”循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量快速傳遞：電池產(chǎn)熱使熱管蒸發(fā)區(qū)（與電池接觸側(cè)）工質(zhì)吸熱汽化，蒸汽在壓力差驅(qū)動(dòng)下流向冷凝區(qū)（與翅片接觸側(cè)），遇冷釋放潛熱并液化，液態(tài)工質(zhì)通過(guò)吸液芯毛細(xì)力回流蒸發(fā)區(qū)，形成自持循環(huán)，橫向熱導(dǎo)率可達(dá)3000 W/(m·K)，可有效降低電池模塊溫度梯度，提升散熱效率。
結(jié)果分析
"平板熱管+沖壓空氣”的散熱方案在實(shí)驗(yàn)與仿真中表現(xiàn)出優(yōu)異性能：在20°C環(huán)境、20 kg/h沖壓空氣流量下，可將18個(gè)NCM811電池（61.5Ah）模塊的最高溫度控制在38.46°C，溫差僅3.85°C，散熱功率達(dá)250.2 W；在40°C高溫環(huán)境中，通過(guò)120 kg/h進(jìn)氣流量仍能滿(mǎn)足電池安全溫度要求。與傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)相比，該無(wú)動(dòng)力散熱方案重量降低40%以上，空間占用率僅為0.0155（液冷系統(tǒng)通常>0.03），且省去泵與管路等動(dòng)力部件，能耗降低至零，綜合適配eVTOL對(duì)輕量化、低功耗及高可靠性的多重需求。小編認(rèn)為，基于重量考慮，eVTOL飛行器配備輕量化且高效水冷散熱系統(tǒng)難度極大。風(fēng)冷散熱技術(shù)是目前eVTOL電池散熱系統(tǒng)的主要開(kāi)發(fā)方向，但風(fēng)冷散熱的溫度均勻性較差，效果不佳，通過(guò)平板熱管與沖壓空氣耦合的無(wú)動(dòng)力散熱系統(tǒng)，通過(guò)“二維相變傳熱+飛行氣流天然對(duì)流”的設(shè)計(jì)，有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)eVTOL電池散熱的輕量化、低功耗并解決散熱均勻性問(wèn)題。當(dāng)然，在飛行過(guò)程中，空氣的流動(dòng)速度與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比會(huì)大打折扣，如何提高飛行過(guò)程中的進(jìn)氣流量進(jìn)而優(yōu)化散熱效率依然是巨大的挑戰(zhàn)。
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