Hệ thống làm mát trên ô tô điện

Trong một chiếc xe điện (EV), pin Lithium-ion, động cơ điện và bộ biến tần (inverter) là các thành phần tạo ra nhiệt chính, và hiệu suất của chúng phụ thuộc hoàn toàn vào Hệ thống Quản lý Nhiệt (TMS). Pin Lithium-ion đòi hỏi một môi trường nhiệt độ cực kỳ ổn định, thường nằm trong khoảng 20°C đến 40°C. Nhiệt độ quá cao (trên 45°C) sẽ làm tăng tốc độ lão hóa pin, gây giảm dung lượng vĩnh viễn và tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ (thoát nhiệt), trong khi nhiệt độ quá thấp lại làm giảm công suất tức thời và tốc độ sạc. Do đó, TMS đóng vai trò chiến lược, không chỉ làm mát để tản nhiệt khi xe hoạt động ở công suất cao hoặc sạc nhanh DC, mà còn phải sưởi ấm pin và các linh kiện khác trong điều kiện thời tiết lạnh. Bằng cách duy trì tất cả các bộ phận ở "vùng nhiệt độ lý tưởng", một TMS hiệu quả là yếu tố then chốt giúp tối ưu hóa phạm vi di chuyển, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối đa và kéo dài tuổi thọ, độ bền của toàn bộ hệ thống truyền động điện.

Hiện tại, có hai phương pháp làm mát pin chính được áp dụng trên xe điện: làm mát bằng không khí (Air Cooling) và làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling). Làm mát bằng không khí sử dụng luồng khí tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt để loại bỏ nhiệt khỏi khối pin. Phương pháp này đơn giản, nhẹ và chi phí thấp, nhưng hiệu suất tản nhiệt kém và không thể đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ giữa các cell pin, do đó thường chỉ phù hợp với các EV cỡ nhỏ hoặc thế hệ cũ (ví dụ: Nissan Leaf thế hệ đầu). Ngược lại, Làm mát bằng chất lỏng là tiêu chuẩn công nghiệp cho các EV hiện đại vì khả năng kiểm soát nhiệt độ vượt trội. Phương pháp này sử dụng một chất lỏng làm mát chuyên dụng (hỗn hợp nước/glycol) tuần hoàn qua các tấm làm mát (cooling plates) tiếp xúc với pin, động cơ và inverter. Chất lỏng hấp thụ nhiệt, sau đó được đưa qua bộ tản nhiệt (radiator) hoặc bộ làm lạnh (chiller) để làm mát trước khi quay lại chu trình. Hệ thống này phức tạp hơn nhưng cho phép kiểm soát nhiệt độ cực kỳ chính xác và đồng đều, giúp pin hoạt động hiệu quả nhất trong mọi điều kiện vận hành và sạc.
 

Để nâng cao hơn nữa hiệu suất và phạm vi hoạt động của xe điện, các nhà sản xuất đang tích hợp các công nghệ TMS tiên tiến. Sự ra đời của Bơm Nhiệt (Heat Pump) là một bước tiến quan trọng, thay thế các bộ sưởi ấm bằng điện trở kém hiệu quả. Bơm nhiệt có thể thu hồi nhiệt thải từ động cơ, inverter hoặc hút nhiệt từ không khí bên ngoài, sau đó sử dụng nhiệt này để sưởi ấm pin và cabin. Điều này giúp giảm đáng kể lượng năng lượng lấy từ pin cho việc điều hòa nhiệt độ, qua đó tăng phạm vi hoạt động lên tới 30-40% trong điều kiện lạnh. Ngoài ra, các nhà sản xuất còn đang nghiên cứu công nghệ Làm mát Ngâm (Immersion Cooling), trong đó các cell pin được ngâm trực tiếp trong chất lỏng cách điện. Công nghệ này hứa hẹn khả năng tản nhiệt trực tiếp, đồng đều và hiệu quả hơn nhiều, tạo điều kiện cho tốc độ sạc cực nhanh và mật độ năng lượng pin cao hơn trong tương lai. Cuối cùng, việc tích hợp điều khiển thông minh cho phép TMS dự đoán nhu cầu nhiệt độ (ví dụ: làm lạnh pin trước khi xe đến trạm sạc nhanh) nhằm đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu.