Tabla de contenido
- ¿Por qué es importante la gestión térmica de la batería?
- Descripción general de cuatro métodos de enfriamiento
- Enfriamiento del material de cambio de fase (PCM)
- Enfriamiento del disipador de calor
- Refrigeración por aire
- Enfriamiento líquido (enfriamiento directo e indirecto)
- Comparación: ¿Qué sistema de enfriamiento es el más efectivo?
- Requisitos de refrigerante para diferentes sistemas de enfriamiento
Sistema de gestión térmica de batería EV
Importancia del sistema de enfriamiento de la batería
Los avances en la tecnología de la batería han aumentado la potencia de salida y la frecuencia de carga reducida en los EV. Sin embargo, persiste un desafío de seguridad crítico: diseñar un sistema de enfriamiento efectivo para las baterías de EV.
Durante la descarga, el calor se acumula, y las tasas de descarga más altas generan aún más calor.
La operación de la batería se basa en diferenciales de voltaje. Las temperaturas elevadas excitan electrones internos, disminuyendo el espacio de voltaje entre los terminales.
Dado que las baterías funcionan solo dentro de un rango térmico estrecho, un bien diseñadoSistema de enfriamiento de la batería del automóviles esencial para mantener un rendimiento óptimo. El sistema debe mantener la batería entre 20–40 ° C, al tiempo que garantiza que las variaciones de temperatura interna permanezcan dentro de 5 ° C.
Las diferencias excesivas de temperatura interrumpen el equilibrio celular, lo que lleva a una carga inconsistente / tasas de descarga y degradación acelerada. Peor aún, el sobrecalentamiento o la distribución de calor desigual pueden desencadenar fallas peligrosas: pérdida de capacidad, fugitivo térmico o incluso riesgos de incendio.
¿Qué sistema de enfriamiento de batería es mejor para vehículos eléctricos?
Gestión térmica de bateríasigue siendo un tema candente en la investigación de EV, y aquí en Guchen, estamos mejorando constantemente nuestros sistemas para ayudarlo a obtener un rendimiento más seguro y eficiente.
Actualmente hay cuatro métodos principales de enfriamiento de batería:
1. Enfriamiento de material de cambio de fase (PCM)
2. Enfriamiento del disipador de calor
3. Enfriamiento de aire
4. Enfriamiento líquido (directo e indirecto)
1. Enfriamiento del material de cambio de fase (PCM)
Al alterar de sólido a líquido, los materiales de cambio de fase absorben energía térmica. Bajo el proceso de cambio de fase, el material puede absorber mucho calor con una temperatura baja.
Ventajas: Capaz de satisfacer las necesidades de enfriamiento de la batería.
Desventajas:
• El cambio de volumen durante el cambio de fase es grande, lo que limita su aplicación.
• Solo puede absorber el calor, pero no puede conducirlo de manera efectiva, por lo que el efecto de enfriamiento general no es tan bueno como otros sistemas.
• Adecuado para sistemas de control de temperatura del edificio, pero no para enfriamiento de batería automotriz.
2. Enfriamiento del disipador de calorA través de un área de superficie más grande, el disipador de calor mejora la velocidad de transmisión de calor. Desde la batería hasta el disipador de calor, el calor se transfiere en primer lugar de manera convectiva al aire.
Ventajas: su alta conductividad térmica y su capacidad para proporcionar ayuda eficiente de disipación de calor aquí.
Desventajas:
• Generalmente utilizado en automóviles de motor de combustión interna, se ha eliminado progresivamente en vehículos eléctricos
• Agrega un peso innecesario a la batería y no es óptimo para los vehículos eléctricos.
3. Enfriamiento de aireEl enfriamiento de aire utiliza el principio de convección para eliminar el fuego de la batería. El aire fluye sobre la superficie de la batería y elimina el fuego emitido por la batería.
Ventajas: estructura simple y fácil de implementar.
Desventajas: • Baja eficiencia de enfriamiento y más primitiva que el enfriamiento líquido.
• Mala seguridad en entornos de alta temperatura.
• Los vehículos eléctricos tempranos (como Nissan Leaf) utilizaron sistemas de enfriamiento de aire, pero debido a problemas de seguridad, la mayoría de las compañías de automóviles se han convertido en enfriamiento líquido.
4. Enfriamiento líquido (enfriamiento directo y enfriamiento indirecto)La conductividad térmica y la capacidad de calor de los refrigerantes líquidos son mucho más altas que las del aire, por lo que tienen mejores efectos de enfriamiento, estructuras más compactas y métodos de diseño más convenientes.
Ventajas:
• El efecto de enfriamiento es el mejor y puede mantener la temperatura de la batería dentro del rango apropiado.
• La estructura es compacta y fácil de integrar. Desventajas:
• Existe un riesgo de fuga de refrigerante, y se debe prestar especial atención al sellado.
• El manejo del refrigerante debe cumplir con los requisitos de protección del medio ambiente. Por ejemplo, el manejo inadecuado de etilenglicol puede contaminar el medio ambiente.
• Actualmente, marcas como Tesla, Jaguar y BMW utilizan sistemas de enfriamiento de líquidos.
Estudio comparativo de métodos de enfriamiento de vehículos eléctricos
• El sistema de enfriamiento de aire consume 2-3 veces más energía que otros métodos.
• El enfriamiento indirecto de líquido tiene el aumento de temperatura máxima más bajo y el mejor control de la diferencia de temperatura.
• El enfriamiento del disipador de calor agrega un 40% de peso adicional a la celda de la batería, lo que limita su aplicación en vehículos eléctricos.
• El enfriamiento de líquido indirecto es más factible que el enfriamiento de líquido directo, aunque la eficiencia de enfriamiento es ligeramente menor.
Los factores clave que determinan el rendimiento de los sistemas de enfriamiento de la batería incluyen:• Rango de temperatura y uniformidad
• Eficiencia energética
• Tamaño y peso
• Facilidad de uso (instalación y mantenimiento)
Requisitos para refrigerantes líquidos
Enfriamiento de líquido indirecto• Similar a los sistemas tradicionales de enfriamiento del motor de combustión interna, el refrigerante líquido se distribuye a través de tuberías de metal para disipar el calor.
• Se requieren aditivos anticorrosión para proteger tuberías de metal, juntas, conectores, radiadores, etc. en el sistema de enfriamiento.
Enfriamiento de líquido directo• Las baterías enfriadas directamente están en contacto directo con el refrigerante, por lo que se requiere un refrigerante con baja o ninguna conductividad.
• Todavía está en la etapa de investigación y desarrollo y aún no se ha adoptado en modelos producidos en masa.
• El agua desionizada o los refrigerantes no basados en la sal se pueden usar en el futuro para reducir la conductividad y mejorar la seguridad.
Desarrollo futuro de BTM para vehículos eléctricos
La duración de la batería más larga y la potencia de salida se están volviendo más demandadas a medida que evolucionan los autos eléctricos. El sistema de gestión térmica de la batería debe disipar el calor de manera más efectiva para satisfacer las tasas de carga y descarga más rápidas y una mayor generación de calor, por lo tanto, satisfacer esta necesidad. A medida que la tecnología Guchen se itera constantemente y se desarrolla,
Btmscrecerá en un camino más inteligente, sostenible y eficiente.
En la actualidad, el enfriamiento líquido es la forma más efectiva y práctica de enfriar las baterías, y las innovaciones futuras en tecnología de baterías y refrigerantes mejorarán aún más la seguridad de los vehículos eléctricos.
