Uma breve análise da tecnologia de gerenciamento térmico para
novas baterias de energia para veículos de energia
Componentes de gerenciamento térmico de veículos
O sistema de refrigeração dos novos veículos energéticos geralmente consiste em três partes: sistema de circulação de refrigeração da bateria, sistema de circulação de refrigeração controlado eletronicamente pelo motor e sistema de circulação de ar quente de ar condicionado. O modelo PHEV também possui sistema de circulação de refrigeração do motor. O sistema de circulação da bateria aquece ou resfria principalmente a bateria, o sistema de circulação do motor resfria principalmente o motor de acionamento e o CIDD (controlador do motor de acionamento) e o sistema de aquecimento do ar condicionado aquece ou resfria principalmente o habitáculo. Os principais componentes funcionais envolvidos incluem bombas de água eletrônicas, válvulas solenóides de três vias, válvulas solenóides de duas vias, PTCs, trocadores de calor, separadores de gás líquido, radiadores, caldeiras de expansão, tubulações de resfriamento e vários suportes fixos. A bomba de água eletrônica é usada como fonte de energia, o refrigerante é o meio e a válvula solenóide controla a direção do fluxo, de modo que o meio de resfriamento flua através do radiador e o corpo resfriado ao longo da tubulação, dissipando e resfriando através da troca de calor , de modo que a temperatura de trabalho das peças funcionais seja sempre mantida dentro de uma faixa operacional ideal para maximizar o desempenho. Independentemente de se tratar de um veículo puramente elétrico ou híbrido, o circuito de gerenciamento térmico da bateria é independente de outros sistemas. A principal razão é que a faixa normal de temperatura operacional da bateria é bastante diferente de outros sistemas. A temperatura operacional da bateria geralmente não pode exceder 35 graus, enquanto o motor de acionamento geralmente funciona em torno de 55 graus e a faixa de temperatura operacional do motor é de cerca de 95 graus, portanto, cada circuito deve operar de forma independente.
Diferenças do gerenciamento térmico automotivo tradicional
O gerenciamento térmico dos automóveis tradicionais é único, sem sistemas complexos de controle e componentes. Seu objetivo é apenas garantir que a temperatura do motor funcione sempre dentro da faixa ideal e para o passageiro.
Para fornecer o calor necessário à cabine da tripulação, é utilizado o calor residual gerado pelo motor, sem consumir energia adicional. Existem grandes diferenças na estrutura do sistema entre os veículos de novas energias e os veículos tradicionais. Os requisitos para a disposição e instalação dos componentes do sistema em todo o veículo também aumentaram e os requisitos de espaço para a cabine são maiores. Diferentes tipos de veículos de novas energias têm características próprias. Características diferentes; para veículos puramente elétricos, não há motor como fonte de energia para a circulação do líquido refrigerante e não há calor residual do motor a ser usado. Para veículos híbridos, devido às suas estratégias especiais de controle, o motor não pode fornecer energia para a circulação do líquido refrigerante quando não está funcionando, nem pode fornecer a fonte de calor necessária para o habitáculo em tempo real. Portanto, estruturalmente, os sistemas de gerenciamento térmico dos novos veículos energéticos são projetados com uma bomba d’água eletrônica independente para fornecer energia para a circulação do líquido refrigerante. O ar quente geralmente usa aquecimento elétrico. Um PTC de aquecimento elétrico independente é projetado para aquecer o refrigerante. Recirculação para o tanque de água quente do carro para fornecer calor ao habitáculo, que é atualmente o método convencional; existe também um método para aquecer diretamente o ar que passa pela caixa de evaporação e soprar o calor para dentro do carro por meio de um ventilador. Este método envolve a segurança do carro, raramente utilizado atualmente.
Tipos de sistemas de gerenciamento térmico de bateria
Diferentes métodos de gerenciamento térmico de bateria envolvem diferentes números de peças, estruturas e layouts. Diferentes tipos de sistemas de gerenciamento térmico são selecionados com base nos custos de desenvolvimento do veículo, peso do veículo e requisitos de espaço de layout. Suas principais rotas técnicas incluem os seguintes cinco tipos
Tipo de resfriamento direto
Referido como tecnologia de resfriamento direto da bateria, o sistema de resfriamento direto possui um evaporador de refrigeração embutido dentro da bateria, que é conectado ao sistema de ar condicionado por meio de tubulações. Quando a bateria precisa ser resfriada, um compressor é usado para enviar o refrigerante comprimido para o evaporador dentro da bateria e, em seguida, retirar a bateria. O calor interno atinge o efeito de resfriamento. O sistema tem as vantagens de estrutura compacta, bom efeito de resfriamento, pequeno número de peças (é necessária apenas uma tubulação de refrigeração de entrada e uma saída) e peso leve. No entanto, as desvantagens deste sistema são que ele não pode aquecer a bateria em condições de baixa temperatura abaixo de zero, a água condensada gerada durante o processo de refrigeração não é protegida e a uniformidade da temperatura do refrigerante é difícil de controlar. O sistema de refrigeração tem vida curta e baixa confiabilidade, e ocorre frequentemente vazamento de refrigerante. Vazamento, capacidade de refrigeração insuficiente e outras falhas. Esta é a mais recente tecnologia de resfriamento de bateria com maturidade relativamente baixa. Foi aplicado em modelos produzidos em massa no mercado, como BYD e Tesla. É uma importante rota técnica no futuro.
Tipo de resfriamento de água do radiador
O circuito de refrigeração do radiador é um circuito independente, composto por um radiador, uma bomba d'água eletrônica, um aquecedor, etc., tendo anticongelante como meio. O anticongelante sai do radiador, passa pelo aquecedor, depois para a bateria e finalmente retorna ao radiador. Este ciclo esfria e aquece a bateria. O sistema tem as vantagens de estrutura simples, baixo custo e economia de energia em ambiente de baixa temperatura durante todo o ano. No entanto, a eficiência de dissipação de calor deste sistema é baixa e a temperatura da água é elevada em climas de alta temperatura no verão, pelo que não consegue satisfazer as condições de funcionamento em ambientes de alta temperatura.
Tipo de resfriamento direto de água
Este sistema integra resfriamento direto e resfriamento a água, e conecta o sistema de ar condicionado e o sistema de resfriamento a água através do resfriador de bateria Chiller (também chamado de trocador de calor). Este sistema evita as deficiências dos dois primeiros métodos de resfriamento e é atualmente um dos sistemas de gerenciamento térmico de baterias mais comumente usados. O sistema possui mais componentes que os dois primeiros. O sistema é mais complexo e requer um espaço relativamente grande para a disposição dos componentes. O compressor sofre uma carga pesada durante a operação, o que consome muita energia para todo o veículo e é pouco econômico. Além disso, quando parte do sistema de ar condicionado falha, as necessidades de refrigeração da bateria não podem ser atendidas ao máximo.
Tipo híbrido refrigerado a água
Este sistema é baseado no sistema de resfriamento direto de água e adiciona um sistema de resfriamento de água do radiador. Os dois estão dispostos em circuitos paralelos. Ao controlar a válvula solenóide, diferentes circuitos são usados para resfriar a bateria sob diferentes condições. Em ambientes de baixa temperatura, apenas o sistema de refrigeração a água do radiador funciona. Quando estiver em um ambiente de alta temperatura, mude para o sistema de resfriamento direto de água para funcionar. Sob condições adversas de trabalho, os dois sistemas podem funcionar ao mesmo tempo, e a bateria também pode obter capacidade máxima de refrigeração, que pode cobrir basicamente todos os ambientes de uso. Este sistema de refrigeração é extremamente complexo, tem alto custo, requer grande espaço de layout do veículo, possui estratégias complexas de controle de sistema e representa um desafio à estabilidade e confiabilidade. Este sistema também é utilizado na maioria dos modelos PHEV híbridos do mercado e possui tecnologia madura.
Tipo de refrigeração a ar
Este sistema conduz diretamente o ar frio do resfriamento do habitáculo para a bateria através do duto e usa o ar frio para resfriar a bateria. As vantagens deste sistema são estrutura simples, temperatura do ar frio controlável e baixo custo do sistema. No entanto, também apresenta as desvantagens do sistema de refrigeração direta. O sistema não possui função de aquecimento e a água condensada gerada na superfície da bateria não é fácil de secar, havendo risco de corrosão e contaminação no interior da bateria. Este tipo de método de gerenciamento térmico geralmente não é recomendado
