Solucións de xestión térmica para sistemas de baterías

Non hai dúbida de que o factor temperatura ten un impacto crucial no rendemento, a vida útil e a seguridade das baterías. En xeral, agardamos que o sistema de baterías funcione no rango de 15~35 ℃ para conseguir a mellor potencia de saída e entrada, a máxima enerxía dispoñible e o ciclo de vida máis longo (aínda que o almacenamento a baixa temperatura pode prolongar a vida útil da batería, non ten moito sentido practicar o almacenamento a baixa temperatura nas aplicacións, e as baterías son moi similares ás persoas neste sentido).

Na actualidade, a xestión térmica do sistema de baterías de enerxía pódese dividir principalmente en catro categorías: refrixeración natural, refrixeración por aire, refrixeración líquida e refrixeración directa. Entre elas, a refrixeración natural é un método pasivo de xestión térmica, mentres que a refrixeración por aire, a refrixeración líquida e a corrente continua son activas. A principal diferenza entre estes tres é a diferenza no medio de intercambio de calor.

· Refrixeración natural
A refrixeración gratuíta non ten dispositivos adicionais para o intercambio de calor. Por exemplo, BYD adoptou a refrixeración natural en Qin, Tang, Song, E6, Tengshi e outros modelos que usan celas LFP. Enténdese que o seguinte BYD cambiará á refrixeración líquida para os modelos que usan baterías ternarias.

· Refrixeración por aire (Quentador de aire PTC)
A refrixeración por aire usa o aire como medio de transferencia de calor. Hai dous tipos comúns. O primeiro chámase refrixeración pasiva por aire, que usa directamente aire externo para o intercambio de calor. O segundo tipo é a refrixeración activa por aire, que pode prequentar ou arrefriar o aire exterior antes de entrar no sistema de baterías. Nos primeiros tempos, moitos modelos eléctricos xaponeses e coreanos usaban solucións refrixeradas por aire.

· Refrixeración líquida
A refrixeración líquida usa anticonxelante (como o etilenglicol) como medio de transferencia de calor. Xeralmente hai varios circuítos de intercambio de calor diferentes na solución. Por exemplo, VOLT ten un circuíto de radiador, un circuíto de aire acondicionado (Aire acondicionado PTC) e un circuíto PTC (Calentador de refrixeración PTC). O sistema de xestión da batería responde, axústase e conmuta segundo a estratexia de xestión térmica. O TESLA Model S ten un circuíto en serie co sistema de refrixeración do motor. Cando é necesario quentar a batería a baixa temperatura, o circuíto de refrixeración do motor conéctase en serie co circuíto de refrixeración da batería, e o motor pode quentar a batería. Cando a batería de alimentación está a alta temperatura, o circuíto de refrixeración do motor e o circuíto de refrixeración da batería axústanse en paralelo, e os dous sistemas de refrixeración disipan a calor de forma independente.

1. Condensador de gas

2. Condensador secundario

3. Ventilador do condensador secundario

4. Ventilador do condensador de gas

5. Sensor de presión do aire acondicionado (lado de alta presión)

6. Sensor de temperatura do aire acondicionado (lado de alta presión)

7. Compresor electrónico do aire acondicionado

8. Sensor de presión do aire acondicionado (lado de baixa presión)

9. Sensor de temperatura do aire acondicionado (lado de baixa presión)

10. Válvula de expansión (refrixerador)

11. Válvula de expansión (evaporador)

· Refrixeración directa
A refrixeración directa emprega refrixerante (material que cambia de fase) como medio de intercambio de calor. O refrixerante pode absorber unha gran cantidade de calor durante o proceso de transición de fase gas-líquido. En comparación co refrixerante, a eficiencia da transferencia de calor pode aumentar en máis de tres veces e a batería pódese substituír máis rápido. A calor do interior do sistema elimínase. O esquema de refrixeración directa utilizouse no BMW i3.

 

Ademais da eficiencia de refrixeración, o esquema de xestión térmica do sistema de baterías debe ter en conta a consistencia da temperatura de todas as baterías. O PACK ten centos de celas e o sensor de temperatura non pode detectar cada cela. Por exemplo, hai 444 baterías nun módulo de Tesla Model S, pero só hai 2 puntos de detección de temperatura dispostos. Polo tanto, é necesario facer que a batería sexa o máis consistente posible mediante o deseño de xestión térmica. E unha boa consistencia da temperatura é o requisito previo para uns parámetros de rendemento consistentes, como a potencia da batería, a duración e o estado de carga (SOC).