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博士領導的研究人員開發(fā)出一種設計優(yōu)化系統(tǒng)，用于將類似血管的冷卻網(wǎng)絡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計提供最佳的電池封裝規(guī)格。

圖片來源：德雷塞爾大學

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)航里程設計而言?！?/p>

多面電池

盡管空氣質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構中，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構部件和電池的部分，可以減輕車輛的整體重量并提高其儲能能力。

加熱

為了使這些結構性或“無質量”電池取得成功，設計人員必須應對使用固體聚合物（非液體電解質溶液）作為其電子傳輸介質所帶來的挑戰(zhàn)。

Najafi解釋說：“與標準鋰離子電池相比，結構電池的發(fā)熱量將大大增加?！边@是因為聚合物電解質的電導率遠小于鋰離子電池中使用的液體電解質的電導率。 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生更多的熱量。

Najafi還表示：“雖然結構電池復合材料是減輕電動汽車重量的一項有前途的技術，但材料設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)絡的設計工具，研究人員能夠設計出冷卻復合材料，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構電池包裝的一部分。

Najafi團隊在最新研究中提出的設計系統(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計。

Najafi表示：“這些復合材料的功能類似于內燃機汽車中的散熱器。當冷卻劑通過微通道網(wǎng)絡時，它會吸收熱量并將其從電池復合材料中拉走?！?/p>

將結構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，該團隊的結構電池優(yōu)化過程考慮了幾個設計參數(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構電池冷卻復合層壓板的剛度，以確保符合車輛結構完整性標準。然后，他們在幾分鐘的時間內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)在生產中的任何電動汽車以及未來設計。

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?！?/p>

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