1. O que é um resfriador de bateria?
Umresfriador de bateria, também chamado de trocador de calor de água para refrigerante de bateria, é uma parte fundamental de umsistema de gerenciamento térmico de bateria. Sua principal função é remover o calor da bateria e ajudar a mantê-la em uma temperatura operacional segura e eficiente.
Seu princípio de funcionamento é semelhante ao de um ar condicionado doméstico ou de uma geladeira. Através do ciclo de mudança de fase do refrigerante, ele transfere calor do refrigerante da bateria para o ambiente externo. Dessa forma, a bateria pode permanecer dentro de uma faixa de temperatura ideal para desempenho, segurança e vida útil.
2. Principais tipos e princípios de funcionamento de refrigeradores de bateria
De acordo com o meio de resfriamento, existem duas principais soluções de resfriamento ativo usadas em sistemas de gerenciamento térmico de baterias:
• Chiller de bateria com resfriamento líquido
• Chiller de bateria com resfriamento direto
2.1 Resfriador de Bateria com Resfriamento Líquido
A refrigeração líquida é atualmente a tecnologia mais eficiente e amplamente utilizada em veículos elétricos e grandes sistemas de armazenamento de energia.
Neste sistema, o refrigerador da bateria resfria um circuito de refrigeração separado. O líquido refrigerante resfriado então circula através da placa de resfriamento da bateria e absorve o calor gerado pelas células da bateria.
Componentes do sistema
Compressor
O “coração” do sistema. Ele comprime o refrigerante em um gás de alta temperatura e alta pressão e aciona o ciclo de refrigeração.
Condensador
Instalado na frente do veículo ou em área de sistema de ventilação. Ele libera calor do refrigerante para o ambiente circundante e o condensa em um líquido de alta pressão.
Refrigerador
O principal componente de troca de calor entre o refrigerante e o refrigerante da bateria. O refrigerante evapora dentro do resfriador e absorve o calor do refrigerante da bateria que flui através dele.
Válvula de Expansão
A válvula de expansão reduz a pressão e a temperatura do refrigerante antes de entrar no evaporador.
Placa de resfriamento líquido da bateria
Um componente de tubo ou placa em contato direto ou indireto com células de bateria. O líquido refrigerante resfriado flui para dentro e absorve o calor da bateria.
Processo de Trabalho
O refrigerante absorve o calor do refrigerante da bateria no evaporador (chiller) e evapora em um gás de baixa temperatura e baixa pressão.
O gás de baixa temperatura é sugado para dentro do compressor e comprimido em um gás de alta temperatura e alta pressão.
O gás de alta temperatura e alta pressão entra no condensador, onde libera calor para o ar circundante e se condensa em um líquido de alta pressão.
O líquido de alta pressão passa pela válvula de expansão, torna-se uma mistura de baixa temperatura e baixa pressão e entra novamente no evaporador para repetir o ciclo.
Enquanto isso, o líquido refrigerante da bateria resfriado circula através da placa de resfriamento líquido da bateria através da bomba de água, removendo continuamente o calor da bateria e retornando ao resfriador para transferir calor para o refrigerante.
Vantagens
Alta eficiência de resfriamento.
Dissipação de calor uniforme.
Forte capacidade de controle de temperatura.
Adequado para cenários de carga e descarga de alta potência.
Desvantagens
Estrutura de sistema mais complexa.
Maior custo do sistema.
Maior peso devido a componentes adicionais de refrigeração.
2.2 Resfriador de Bateria com Resfriamento Direto
O resfriamento direto pode ser considerado uma versão simplificada da solução de resfriamento líquido. Neste projeto, o refrigerante é usado diretamente para resfriar a bateria.
Ao contrário do sistema de refrigeração líquida, o resfriamento direto remove o circuito intermediário de refrigeração. O refrigerante sai do sistema de ar condicionado e entra no evaporador ou placa de resfriamento integrada dentro da bateria, onde absorve diretamente o calor gerado pelas células da bateria.
Estrutura do Sistema
A estrutura do sistema é semelhante à solução de refrigeração líquida, mas o circuito de refrigeração, a bomba de água e a tubulação relacionada são removidos.
Processo de Trabalho
O refrigerante sai do sistema de ar condicionado e entra diretamente no evaporador integrado na bateria.
Após entrar no evaporador, o refrigerante evapora e absorve diretamente o calor gerado pela bateria.
Sem o circuito intermediário de refrigeração, o caminho de transferência de calor torna-se mais curto, melhorando a eficiência geral da troca de calor.
Vantagens
Menos componentes.
Peso mais leve.
Estrutura mais compacta.
Maior eficiência de troca de calor devido a menos etapas intermediárias.
Desvantagens
Controle de sistema mais complexo.
A tubulação de refrigerante dentro da bateria aumenta o risco de vazamento.
Manutenção mais difícil.
3. Principais benefícios dos resfriadores de bateria no gerenciamento térmico
A temperatura da bateria afeta diretamente o desempenho, a segurança e a vida útil da bateria.
Durante o carregamento, descarregamento e operação de alta carga, as células da bateria geram uma grande quantidade de calor. Se a temperatura ficar muito alta, a potência de carregamento poderá diminuir, a saída de energia poderá ser limitada e o envelhecimento da bateria poderá acelerar.
Um resfriador de bateria fornece resfriamento ativo transferindo eficientemente o calor do circuito de refrigeração da bateria para o circuito refrigerante, ajudando a bateria a manter uma operação estável sob diferentes condições de trabalho.
Controle preciso de temperatura
Um resfriador de bateria ajuda a manter a temperatura da bateria dentro da faixa operacional ideal. O controle estável da temperatura garante desempenho consistente da bateria sob diferentes condições ambientais.
Desempenho aprimorado de carregamento rápido
Durante o carregamento rápido DC, as baterias geram calor significativo devido à alta entrada de corrente. A forte capacidade de resfriamento é essencial para evitar a redução da potência de carregamento causada pelo superaquecimento.
Um resfriador de bateria ajuda a manter um alto desempenho de carregamento enquanto reduz o estresse térmico na bateria.
Segurança da bateria
Um resfriador de bateria fornece resfriamento ativo e forçado para reduzir o risco de superaquecimento da bateria. Ao controlar a temperatura da bateria dentro de uma faixa segura, ajuda a reduzir a possibilidade de fuga térmica e melhora a segurança geral do sistema.
Vida útil prolongada da bateria
Manter uma temperatura operacional estável ajuda a reduzir a degradação da bateria. Um ambiente térmico adequado pode retardar o envelhecimento químico dentro das células da bateria e prolongar a vida útil da bateria.
Saída de desempenho estável
Durante a operação de alta carga, como condução agressiva ou aplicações pesadas, um resfriador de bateria ajuda a evitar a limitação de energia causada pela temperatura excessiva da bateria.
4. Principais cenários de aplicação de resfriadores de bateria
Os chillers de bateria são amplamente utilizados em aplicações onde as baterias exigem alto desempenho, longas horas de operação e controle térmico confiável.
Veículos Elétricos
Os resfriadores de bateria são comumente usados em veículos elétricos, especialmente veículos elétricos com bateria de alto desempenho e veículos híbridos plug-in. Eles ajudam a manter a temperatura da bateria durante o carregamento rápido, condução em alta velocidade e operação com carga pesada.
Grandes sistemas de armazenamento de energia
Os sistemas de armazenamento de energia em nível de rede e os contêineres de armazenamento de energia comercial ou industrial exigem operação de longa duração e alta potência. O gerenciamento térmico eficiente é essencial para garantir a confiabilidade do sistema e a vida útil da bateria.
Máquinas de construção elétrica
Máquinas elétricas de construção, como escavadeiras elétricas, carregadeiras e outros equipamentos pesados, exigem soluções poderosas de gerenciamento térmico devido à operação contínua de alta carga.
Navios elétricos e outros equipamentos de alta potência
Os resfriadores de bateria também são aplicados em navios elétricos, AGVs e outros equipamentos de alta potência onde é necessária uma operação estável da bateria.
5. Solução de gerenciamento térmico de bateria GUCHEN
Com vasta experiência no desenvolvimento de sistemas de gerenciamento térmico, a GUCHEN fornececomponentes de gerenciamento térmico de bateria de alto desempenho, incluindo refrigeradores de bateria e soluções de troca de calor relacionadas.
Com base em diferentes requisitos de aplicação, a GUCHEN também pode fornecer soluções personalizadas de sistemas de gerenciamento térmico para ajudar os clientes a obter controle eficiente de temperatura, operação confiável e desempenho otimizado do sistema.
Chiller de bateria Guchen aplicado em8kWe5kWSistemas de gerenciamento térmico EV
