Sistema de gerenciamento térmico de bateria (BTMS)
O Sistema de Gerenciamento Térmico da Bateria (BTMS) é um dos principais sistemas de um veículo elétrico, afetando diretamente a segurança, o desempenho e a vida útil de todo o veículo.
I. Por que as baterias precisam de gerenciamento térmico
As baterias de energia, especialmente as baterias de íon-de lítio, são altamente dependentes da temperatura operacional para seu desempenho, vida útil e segurança.
Faixa operacional ideal
A faixa ideal de temperatura operacional para baterias é normalmente entre 15 graus e 40 graus, sendo a faixa ideal de aproximadamente 20 graus a 35 graus.
Riscos de alta temperatura
Temperaturas excessivamente altas (por exemplo, superiores a 60 graus) aceleram a deterioração da capacidade da bateria, aumentam a resistência interna e, em casos extremos, podem provocar fuga térmica, provocando incêndio e explosão.
Riscos de baixa temperatura
Temperaturas excessivamente baixas reduzem a taxa de reações químicas internas na bateria, resultando em uma queda acentuada na capacidade e na produção de energia, dificuldades de carregamento e, potencialmente, deposição de lítio, danificando a bateria.
Riscos de diferença de temperatura
A distribuição desigual de temperatura (diferença excessiva de temperatura) entre células ou módulos dentro da bateria leva a um desempenho inconsistente, acelera o envelhecimento de toda a bateria e limita sua capacidade utilizável.
Portanto, um sistema de gerenciamento térmico eficiente visa manter a temperatura da bateria dentro da janela ideal e minimizar a diferença máxima de temperatura dentro da bateria (idealmente menor ou igual a 3 graus).
II. Como funciona o sistema térmico
O sistema de gerenciamento térmico líquido usa refrigerante circulante como meio para dissipar calor ou aquecer a bateria.
Função de resfriamento
Absorção de calor: Acionado por uma bomba elétrica, o refrigerante flui através de placas de resfriamento líquido dentro da bateria (geralmente em contato com os módulos da bateria), absorvendo o calor gerado pela bateria.
Dissipação de calor: o líquido de arrefecimento-de alta temperatura, tendo absorvido calor, é bombeado para o radiador dianteiro (resfriado-a ar) ou troca calor com o sistema de ar condicionado do veículo (por meio de um trocador de calor de refrigeração), dissipando o calor para o ar externo.
Circulação: O líquido refrigerante resfriado flui de volta para a bateria, iniciando o próximo ciclo.
Função de aquecimento
Quando a temperatura da bateria está muito baixa, o sistema pode aquecer o líquido refrigerante usando um aquecedor PTC (termistor de coeficiente de temperatura positivo).
O refrigerante aquecido flui através das placas de resfriamento líquido, agindo como uma “bolsa de água quente” para aquecer a bateria.
Alguns sistemas avançados também podem utilizar o calor residual gerado pelo sistema de acionamento elétrico, recuperando-o através de trocadores de calor de placas para aquecimento da bateria, melhorando assim a eficiência energética.
III. Componentes-chave do sistema
Um sistema típico de gerenciamento térmico líquido consiste principalmente nos seguintes componentes:
Placa de resfriamento líquido: O componente central de troca de calor em contato direto com o módulo da bateria, normalmente feito de alumínio com um design de canal de fluxo interno. Seu design deve equilibrar potência de dissipação de calor, confiabilidade e leveza.
Líquido refrigerante: Requer alta condutividade térmica, isolamento (para evitar curto-circuitos), baixa viscosidade, ampla faixa de temperatura operacional e boa compatibilidade de materiais. Misturas de etilenoglicol-água são comumente usadas (a proporção é ajustada de acordo com os requisitos do anticongelante), embora álcoois orgânicos puros e outros fluidos dielétricos também sejam usados às vezes.
Bomba Elétrica: Fornece energia para a circulação do líquido refrigerante. Sua velocidade geralmente é ajustável para atingir-o fornecimento sob demanda e reduzir o consumo de energia.
Permutador de calor(Chiller): Um trocador de calor que conecta o circuito de refrigeração e o circuito de refrigeração do ar condicionado, usado para melhorar o resfriamento.
Radiador: Localizado na frente do veículo, dissipa o calor do líquido refrigerante através do fluxo de ar.
Trocador de calor de placas: Usado para troca de calor entre diferentes circuitos, como para recuperação de calor residual.
Aquecedor PTC: Um dispositivo que aquece o refrigerante quando o aquecimento é necessário.
Corpo da válvula (por exemplo, válvula de três- vias, válvula solenóide): Controla a direção do fluxo do refrigerante, permitindo alternar entre diferentes modos (por exemplo, alternar entre modos de resfriamento e aquecimento ou entre diferentes fontes de calor).
Reservatório: Compensa a expansão e contração do refrigerante devido às mudanças de temperatura e facilita o enchimento e a sangria.
Sensores e unidade de controle: Sensores de temperatura monitoram a temperatura da bateria e do líquido refrigerante em tempo real. O controlador de gerenciamento térmico do Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) é o cérebro, controlando de forma inteligente a operação de atuadores como bombas, aquecedores PTC, válvulas e compressores de ar condicionado com base em sinais de temperatura e status do veículo usando algoritmos.
