Discussão sobre tecnologia de gerenciamento térmico de baterias de veículos de nova energia
Baterias de energia são a principal fonte de energia para veículos de nova energia. Baterias geram muito calor durante a operação do veículo e, com o passar do tempo, o calor se acumula em um espaço relativamente pequeno. Devido ao empilhamento denso de células no conjunto de baterias, também é mais difícil dissipar o calor na área do meio até certo ponto, o que agrava a inconsistência de temperatura entre as células. Como resultado, a eficiência de carga e descarga da bateria será reduzida, afetando a potência da bateria. Em casos graves, isso também levará à fuga térmica, afetando a segurança e a vida útil do sistema. Especialmente em termos de gerenciamento de temperatura, a fuga térmica da bateria pode causar incêndio e degradação do desempenho. Portanto, a pesquisa sobre tecnologia de gerenciamento térmico de baterias de veículos de nova energia é de grande importância para o desenvolvimento de veículos de nova energia.
1. Componentes básicos do sistema de gerenciamento térmico do veículo
O sistema de gerenciamento térmico de veículos de nova energia inclui quatro partes: sistema de bateria, sistema de motor, sistema de ar condicionado e outros componentes. Comparado com o gerenciamento térmico de veículos de combustível tradicionais, o sistema de gerenciamento térmico de veículos de nova energia é mais complexo. O sistema de bateria é um componente vital de veículos de nova energia. Os engenheiros precisam começar com o gerenciamento térmico do sistema de bateria para projetar um bom sistema de gerenciamento térmico para todo o veículo.
Desde o nascimento dos novos veículos de energia, especialistas e acadêmicos em indústrias relacionadas conduziram muitas pesquisas sobre a dissipação de calor de suas baterias e alcançaram muitos resultados. O método de resfriamento convencional do gerenciamento térmico de baterias mudou de resfriamento a ar para resfriamento líquido, resfriamento de material de mudança de fase e resfriamento de tubo de calor. A seguir, são analisadas as tecnologias de resfriamento, como resfriamento a ar, resfriamento líquido, resfriamento de material de mudança de fase e resfriamento de tubo de calor.
2.1 Resfriamento de ar
O resfriamento a ar é um método de dissipação de calor que usa o ar como meio e utiliza a convecção de calor no ar para permitir que a bateria troque calor diretamente com o ar, reduzindo assim a temperatura da bateria. O resfriamento a ar pode ser dividido em resfriamento natural e resfriamento forçado, de acordo com o uso de um ventilador. O resfriamento a ar natural é usado sem um ventilador; o resfriamento a ar forçado é usado com um ventilador. Um grande número de estudos mostrou que o efeito de dissipação de calor do resfriamento a ar forçado é muito maior do que o do resfriamento a ar natural.
O resfriamento a ar também pode ser dividido em resfriamento em série e resfriamento paralelo de acordo com diferentes estruturas de dissipação de calor. No método de resfriamento em série, o fluxo de ar flui de um lado e sai do outro lado. Este método levará ao resfriamento ruim das baterias longe do canal de fluxo de entrada de ar, dissipação de calor irregular das baterias e grandes diferenças de temperatura nas baterias; no método de resfriamento paralelo, o fluxo de ar geralmente entra pela parte inferior e sai pela parte superior. Como pode ser visto na figura, o fluxo de ar de resfriamento pode basicamente fluir pela superfície de cada bateria, então a diferença de temperatura entre cada bateria será menor do que a do resfriamento em série, mas também traz o problema de distribuição desigual de calor.
2.2 Resfriamento Líquido
A tecnologia de resfriamento líquido de bateria de energia é uma das tecnologias de gerenciamento térmico. Essa tecnologia geralmente usa um refrigerante com alto coeficiente de transferência de calor para permitir que a bateria troque calor com o refrigerante, reduzindo assim a temperatura da bateria.
O desempenho de dissipação de calor de baterias resfriadas a ar e a líquido foi comparado e analisado. Os resultados mostram que a temperatura máxima da bateria é menor e a consistência da temperatura é melhor no sistema de resfriamento líquido. O resfriamento líquido é um método de dissipação de calor extremamente eficaz e seu coeficiente de transferência de calor é maior do que o do resfriamento a ar. O sistema de resfriamento líquido de veículos elétricos pode ser dividido em contato direto e contato indireto de acordo com a forma de contato entre o líquido isolante e a bateria. A forma de imersão da célula ou módulo da bateria no líquido para troca de calor é a forma de contato direto; além disso, um canal de resfriamento pode ser definido entre os módulos da bateria ou uma placa de resfriamento pode ser usada na parte inferior da bateria. O calor da bateria de energia é transferido para o refrigerante através da placa de resfriamento. Esta forma de resfriamento líquido é o contato indireto. Essas duas formas têm altos requisitos para a estanqueidade do sistema de resfriamento líquido. Além disso, os requisitos de resistência mecânica são altos e a resistência à vibração e os requisitos de vida útil do sistema de resfriamento precisam ser garantidos.
O sistema de resfriamento líquido do veículo elétrico é composto principalmente de refrigerante, placa de resfriamento, bomba de água eletrônica, sensor de temperatura, radiador, etc. O compressor, como fonte de energia da refrigeração, determina a capacidade de troca de calor de todo o sistema. O resfriador (dispositivo de resfriamento) desempenha o papel de trocar refrigerante e refrigerante, e a quantidade de troca de calor determina diretamente a temperatura do refrigerante. A bomba de água determina a vazão do refrigerante na tubulação. Quanto mais rápida a vazão, melhor o desempenho da troca de calor e vice-versa.
2.3 Resfriamento de material de mudança de fase
A tecnologia de dissipação de calor do material de mudança de fase (PCM) usa o princípio de que os materiais de mudança de fase absorvem calor quando sofrem mudança de fase. O material de mudança de fase é colocado ao redor do conjunto de baterias e atinge a temperatura de mudança de fase sob certas condições. O material de mudança de fase sofre mudança de fase e absorve o calor gerado quando a bateria está funcionando, evitando assim efetivamente o processo de superaquecimento do módulo da bateria. Como o processo de mudança de fase é um processo de temperatura constante, a temperatura da bateria pode ser bem mantida perto da temperatura de mudança de fase do material de mudança de fase, suprimindo assim a temperatura da bateria de continuar a subir. No entanto, o uso do resfriamento do material de mudança de fase requer atenção aos problemas de vedação e aumentará o volume do conjunto de baterias e reduzirá a densidade de energia. Além disso, a função de preservação de calor só pode ser mantida dentro de um tempo de estacionamento limitado. O pré-aquecimento da bateria a longo prazo ainda depende da fonte de calor embutida, e a preservação do calor geralmente requer uma condutividade térmica mais baixa, o que pode causar problemas com distribuição desigual de temperatura.
2.4 Resfriamento de tubo de calor
O resfriamento do tubo de calor é dividir o tubo de calor em seção de evaporação, seção de transferência de calor e seção de condensação. Seu principal princípio de dissipação de calor é remover o calor no conjunto de baterias através da seção de evaporação do tubo de calor absorvendo calor. O calor na seção de evaporação é transferido para a seção de condensação através da seção intermediária do tubo de calor devido à diferença de pressão formada, alcançando assim o gerenciamento térmico eficaz do conjunto de baterias. Em relação à pesquisa sobre resfriamento do tubo de calor, os efeitos de resfriamento de três métodos de resfriamento de baterias de energia, ou seja, ar, líquido e resfriamento do tubo de calor, foram comparados. Os resultados mostram que o resfriamento do tubo de calor tem o melhor efeito de resfriamento em conjuntos de baterias.
