Análise da Tecnologia de Gestão Térmica de Baterias de Energia
de veículos elétricos puros
1 Resfriamento da bateria
Geralmente, existem três métodos principais de resfriamento para baterias de veículos elétricos puros: resfriamento a ar, resfriamento líquido e resfriamento direto.
1) A tecnologia de resfriamento a ar (resfriamento a ar) usa vento natural ou ar frio gerado pelo sistema de refrigeração do veículo para remover calor por convecção de calor ou condução de calor para atingir o propósito de resfriamento da bateria. A tecnologia de resfriamento a ar tem as características de sistema simples, baixo custo e fácil manutenção, e é amplamente utilizada.
2) A tecnologia de resfriamento líquido usa líquido como meio de transferência de calor. O líquido retira o calor quando flui pelos tubos dentro da bateria de energia. O líquido usado no resfriamento líquido é principalmente refrigerante, que circula no sistema de resfriamento do veículo. O calor retirado pelo refrigerante é dissipado no ar através do radiador. Alguns veículos têm um trocador de calor chamado Chiller no sistema de resfriamento para acoplar o sistema de resfriamento do veículo e o sistema de refrigeração para aumentar o efeito de resfriamento do sistema. Comparada com a tecnologia de resfriamento a ar, a tecnologia de resfriamento líquido tem as características de forte capacidade de resfriamento, boa uniformidade e velocidade rápida.
3) A tecnologia de resfriamento direto usa o refrigerante no sistema de refrigeração para retirar diretamente o calor da bateria de energia e, em seguida, instala uma válvula de expansão e um evaporador dentro da bateria de energia. O refrigerante evapora no evaporador para absorver calor. Como a tecnologia de resfriamento direto não tem um trocador de calor na tecnologia de resfriamento líquido, o resfriamento direto é mais eficiente. No entanto, quando a bateria de energia é resfriada, uma parte do refrigerante no sistema de refrigeração precisa ser desviada, o que afetará o efeito de resfriamento do compartimento do passageiro e reduzirá o conforto.
2 Aquecimento da bateria
Existem dois tipos principais de tecnologias de aquecimento de bateria de energia: autoaquecimento de bateria e o uso de elementos de aquecimento externos. O autoaquecimento de bateria, como o nome sugere, usa o calor gerado pela bateria durante o carregamento e descarregamento para aumentar a temperatura da bateria, mas esse método tem uma eficiência de aquecimento lenta e foi basicamente abandonado.
O uso de elementos de aquecimento externos usa principalmente filmes de aquecimento e PTC. O filme de aquecimento fica próximo à superfície do módulo da bateria e gera calor para aumentar a temperatura da bateria quando ligada. O método de aquecimento da bateria é semelhante ao método de resfriamento, e também há três tipos: aquecimento de ar, aquecimento de água e aquecimento direto do refrigerante.
3 Sistema de gerenciamento térmico
Ao resfriar e aquecer a bateria, diferentes métodos podem ser selecionados independentemente, mas à medida que a integração dos veículos se torna cada vez maior, requisitos maiores também são apresentados para o sistema de gerenciamento térmico do veículo. Portanto, um sistema de gerenciamento térmico que pode realizar tanto o resfriamento quanto o aquecimento da bateria surgiu. Alguns veículos até desenvolveram um sistema de gerenciamento térmico altamente integrado usando condicionadores de ar de bomba de calor, que combina organicamente os três principais sistemas de sistema de resfriamento do veículo, resfriamento/aquecimento da bateria de energia e resfriamento e aquecimento do compartimento de passageiros.
Arquitetura do Sistema de Gestão Térmica
A arquitetura do sistema de gerenciamento térmico de um veículo elétrico puro é mostrada na Figura 1. Este sistema de gerenciamento térmico usa condicionadores de ar de bomba de calor para realizar o resfriamento e aquecimento direto de baterias, o resfriamento do sistema de acionamento elétrico e o resfriamento e aquecimento do compartimento de passageiros. No circuito de acionamento elétrico, um circuito de resfriamento de água separado é configurado, que é conectado ao sistema de bomba de calor por meio de um trocador de calor de placas para transferência de calor, que pode realizar funções de recuperação de calor residual e aquecimento de estol; no inverno frio, para resolver o problema do efeito de aquecimento ruim dos condicionadores de ar de bomba de calor, o PTC é combinado para aumentar o efeito de aquecimento do compartimento de passageiros. Este sistema de gerenciamento térmico pode atender às necessidades de resfriamento e aquecimento em vários modos.
Princípio do sistema de gerenciamento térmico
Como o sistema tem vários modos de funcionamento, este artigo apresenta apenas o princípio de funcionamento dos modos de resfriamento e aquecimento da bateria ou do compartimento do passageiro.
1) Princípio de resfriamento da bateria de energia. Quando a temperatura da bateria de energia está alta e precisa ser resfriada, a válvula solenóide de refrigeração do ar condicionado, a válvula solenóide de troca de calor do ar, a válvula solenóide de expansão eletrônica da bateria e a válvula solenóide de resfriamento da bateria no sistema são abertas (a válvula solenóide de aquecimento da bateria é fechada). Quando o refrigerante flui através da válvula de expansão eletrônica da bateria, ele se expande através do estrangulamento, evapora e absorve calor no trocador de calor de placas do conjunto de baterias e retira o calor para atingir o propósito de resfriamento da bateria. Se o compartimento do passageiro também tiver necessidades de resfriamento neste momento, basta abrir a válvula de expansão eletrônica de resfriamento (fechar a válvula solenóide de aquecimento do ar condicionado) e parte do refrigerante evapora e absorve calor no evaporador do carro para atingir o resfriamento do compartimento do passageiro.
2) Princípio de aquecimento da bateria de energia. Quando a temperatura da bateria está baixa e precisa ser aquecida, a válvula solenóide de aquecimento da bateria, a válvula de expansão eletrônica da bateria, a válvula solenóide de troca de calor da fonte de água e a válvula solenóide de aquecimento do ar condicionado no sistema são abertas (a válvula de expansão eletrônica de aquecimento, a válvula solenóide de resfriamento do ar condicionado, a válvula solenóide de troca de calor do ar e a válvula de expansão eletrônica de resfriamento são fechadas), e o refrigerante de alta temperatura comprimido pelo compressor flui através do trocador de calor de placas do conjunto de baterias para aquecer a bateria de baixa temperatura. Após o aquecimento, a temperatura do refrigerante cai, flui através do trocador de calor de placas, absorve o calor do circuito de acionamento elétrico e realiza a recuperação do calor residual. Se o compartimento do passageiro também precisar ser aquecido neste momento, basta abrir a válvula de expansão eletrônica de aquecimento, e parte do refrigerante de alta temperatura flui através do condensador no carro, libera calor para o compartimento do passageiro e, em seguida, se funde com o refrigerante de aquecimento da bateria na frente do trocador de calor de placas para continuar a participar do ciclo. Se a temperatura ambiente estiver muito baixa, o sistema ativa o PTC para auxiliar no aquecimento do compartimento de passageiros.
