Análise do sistema de xestión térmica do medio de transferencia de calor da batería de enerxía

Unha das tecnoloxías clave dos vehículos de novas enerxías son as baterías. A calidade das baterías determina o custo dos vehículos eléctricos, por unha banda, e a autonomía dos vehículos eléctricos, por outra. É un factor clave para a súa aceptación e rápida adopción.

Segundo as características de uso, os requisitos e os campos de aplicación das baterías de enerxía, os tipos de investigación e desenvolvemento de baterías de enerxía no país e no estranxeiro son aproximadamente: baterías de chumbo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de ións de litio, pilas de combustible, etc., entre as cales o desenvolvemento de baterías de ións de litio recibe a maior atención.

Comportamento de xeración de calor da batería de enerxía

A fonte de calor, a taxa de xeración de calor, a capacidade calorífica da batería e outros parámetros relacionados do módulo de batería de alimentación están estreitamente relacionados coa natureza da batería. A calor liberada pola batería depende da natureza e características químicas, mecánicas e eléctricas da batería, especialmente da natureza da reacción electroquímica. A enerxía térmica xerada na reacción da batería pode expresarse mediante a calor de reacción da batería Qr; a polarización electroquímica fai que a tensión real da batería se desvíe da súa forza electromotriz de equilibrio e a perda de enerxía causada pola polarización da batería exprésase mediante Qp. Ademais de que a reacción da batería procede segundo a ecuación de reacción, tamén hai algunhas reaccións secundarias. As reaccións secundarias típicas inclúen a descomposición do electrólito e a autodescarga da batería. A calor de reacción secundaria xerada neste proceso é Qs. Ademais, debido a que calquera batería inevitablemente terá resistencia, xerarase calor Joule Qj cando pase a corrente. Polo tanto, a calor total dunha batería é a suma da calor dos seguintes aspectos: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.

Dependendo do proceso específico de carga (descarga), os principais factores que provocan que a batería xere calor tamén son diferentes. Por exemplo, cando a batería se carga normalmente, Qr é o factor dominante; e na fase posterior da carga da batería, debido á descomposición do electrolito, comezan a producirse reaccións secundarias (a calor de reacción secundaria é Qs), cando a batería está case completamente cargada e sobrecargada. O que ocorre principalmente é a descomposición do electrolito, onde Qs domina. A calor en Joule Qj depende da corrente e da resistencia. O método de carga máis común lévase a cabo baixo corrente constante, e Qj é un valor específico neste momento. Non obstante, durante o arranque e a aceleración, a corrente é relativamente alta. Para os HEV, isto equivale a unha corrente de decenas de amperios a centos de amperios. Neste momento, a calor en Joule Qj é moi grande e convértese na principal fonte de liberación de calor da batería.

Desde a perspectiva da controlabilidade da xestión térmica, os sistemas de xestión térmica pódense dividir en dous tipos: activos e pasivos. Desde a perspectiva do medio de transferencia de calor, os sistemas de xestión térmica pódense dividir en: almacenamento térmico refrixerado por aire, refrixerado por líquido e por cambio de fase.

Xestión térmica con aire como medio de transferencia de calor

O medio de transferencia de calor ten un impacto significativo no rendemento e no custo do sistema de xestión térmica. O uso de aire como medio de transferencia de calor consiste en introducir directamente o aire para que flúa a través do módulo de batería e así lograr o propósito de disipación de calor. En xeral, requírense ventiladores, ventilación de entrada e saída e outros compoñentes.
Segundo as diferentes fontes de entrada de aire, xeralmente existen as seguintes formas:
1 Refrixeración pasiva con ventilación de aire exterior
2. Refrixeración/calefacción pasiva para a ventilación do habitáculo
3. Refrixeración/quecemento activo do aire exterior ou do habitáculo
A estrutura do sistema pasivo é relativamente simple e utiliza directamente o ambiente existente. Por exemplo, se a batería precisa ser quentada no inverno, o ambiente cálido do habitáculo pode usarse para inhalar aire. Se a temperatura da batería é demasiado alta durante a condución e o efecto de arrefriamento do aire do habitáculo non é bo, pódese inhalar aire frío do exterior para arrefriar.

Para o sistema activo, é necesario establecer un sistema separado que proporcione funcións de calefacción ou refrixeración e que se controle de forma independente segundo o estado da batería, o que tamén aumenta o consumo de enerxía e o custo do vehículo. A elección dos diferentes sistemas depende principalmente dos requisitos de uso da batería.

Xestión térmica con líquido como medio de transferencia de calor

Para a transferencia de calor con líquido como medio, é necesario establecer unha comunicación de transferencia de calor entre o módulo e o medio líquido, como unha camisa de auga, para realizar un quecemento e arrefriamento indirectos en forma de convección e condución de calor. O medio de transferencia de calor pode ser auga, etilenglicol ou mesmo refrixerante. Tamén hai transferencia de calor directa ao mergullar a peza polar no líquido do dieléctrico, pero débense tomar medidas de illamento para evitar curtocircuítos.

A refrixeración líquida pasiva xeralmente usa o intercambio de calor líquido-aire ambiente e despois introduce casulos na batería para o intercambio de calor secundario, mentres que a refrixeración activa usa intercambiadores de calor do medio líquido-refrixerante do motor ou calefacción eléctrica/quecemento de aceite térmico para lograr a refrixeración primaria. Calefacción, refrixeración primaria con aire na cabina de pasaxeiros/aire acondicionado medio líquido-refrixerante.
O sistema de xestión térmica con aire e líquido como medio require ventiladores, bombas de auga, intercambiadores de calor, quentadores (Quentador de aire PTC), tubaxes e outros accesorios para facer que a estrutura sexa demasiado grande e complexa, e tamén consome enerxía da batería, matriz A densidade de potencia e a densidade de enerxía da batería redúcense.
(Refrigerante PTCquentador) O sistema de refrixeración da batería refrixerada por auga usa refrixerante (50 % de auga/50 % de etilenglicol) para transferir a calor da batería ao sistema de refrixeración do aire acondicionado a través do arrefriador da batería e, a continuación, ao ambiente a través do condensador. A temperatura da auga importada pódese alcanzar facilmente a unha temperatura máis baixa despois do intercambio de calor polo arrefriador da batería e a batería pódese axustar para funcionar no mellor rango de temperatura de traballo; o principio do sistema móstrase na figura. Os principais compoñentes do sistema de refrixeración inclúen: condensador, compresor eléctrico, evaporador, válvula de expansión con válvula de parada, arrefriador da batería (válvula de expansión con válvula de parada) e tubaxes de aire acondicionado, etc.; o circuíto de auga de refrixeración inclúe:bomba de auga eléctrica, batería (incluíndo placas de refrixeración), refrixeradores de batería, tubaxes de auga, tanques de expansión e outros accesorios.