Tecnologia de gerenciamento térmico de bateria de íon de lítio
As baterias de íons de lítio ocupam uma posição importante no mercado global de energia e baterias de consumo, por isso sua tecnologia de gerenciamento térmico sempre recebeu grande atenção na indústria. Essas tecnologias evoluem do simples resfriamento sem ar até o resfriamento composto, e cada tecnologia tem suas próprias características e desafios. As diversas tecnologias de resfriamento são apresentadas detalhadamente abaixo.
resfriamento de ar.
O resfriamento a ar pode ser dividido em resfriamento natural passivo e resfriamento forçado ativo. Ambos os métodos usam fluxo de ar para retirar o calor gerado pela bateria e obter resfriamento. Suas vantagens incluem estrutura simples, baixo custo, proteção ambiental e ausência de poluição.
Resfriamento natural: Esta é uma tecnologia de resfriamento passivo que requer apenas o projeto de dutos de ar de resfriamento. Por exemplo, o primeiro carro elétrico Nissan Leaf usava esse método de resfriamento. No entanto, este método é difícil de atender às necessidades de resfriamento eficiente das baterias elétricas e pode afetar a vida útil da bateria.
Resfriamento por ar forçado: Em comparação com o resfriamento natural, esta tecnologia aumenta o fluxo de ar e melhora o efeito de resfriamento adicionando ventiladores e outros equipamentos. Mas também significa aumento de ruído e consumo de energia. Além disso, ajustando a forma do canal de fluxo de ar, o efeito de resfriamento pode ser melhorado ainda mais.
Tecnologia de refrigeração líquida
O resfriamento líquido usa refrigerante para trocar o calor da bateria, dissipando o calor de forma eficiente e rápida. Esta tecnologia é dividida em refrigeração líquida direta e refrigeração líquida indireta. No resfriamento líquido direto, o refrigerante está em contato direto com a bateria, como no resfriamento líquido de imersão. O resfriamento indireto por líquido atinge o efeito de resfriamento por meio de componentes específicos, como placas de resfriamento.
Resfriamento líquido da placa de resfriamento
Em comparação com o resfriamento a ar, a tecnologia de resfriamento por líquido da placa de resfriamento é mais eficiente e as placas de resfriamento são feitas principalmente de alumínio ou liga de alumínio e o custo é relativamente baixo. A principal direção da pesquisa é otimizar a estrutura e as características do fluxo de fluido da placa de resfriamento para simplificar o processo de fabricação e aumentar sua eficácia.
Pesquisas recentes concentraram-se no projeto de canais de refrigeração e na direção do fluxo de refrigeração. Por exemplo, alguns especialistas projetaram um novo tipo de placa de resfriamento líquido baseada no canal de fluxo em serpentina. Este novo design pode melhorar significativamente a eficiência do resfriamento sob certas condições. Alguns especialistas também projetaram uma placa de resfriamento com estrutura em favo de mel baseada em baterias quadradas. Este design melhora o efeito de dissipação de calor adicionando canais de resfriamento. Todos esses estudos apontaram que o projeto razoável do canal de refrigeração e a direção do fluxo são críticos para a uniformidade da temperatura. No geral, a tecnologia de refrigeração líquida de placas de resfriamento é bastante madura e amplamente utilizada em uma variedade de equipamentos elétricos.
No geral, a tecnologia de refrigeração líquida de placa fria é muito eficaz para a maioria dos cenários de aplicação. Seus principais materiais, como cobre e alumínio, possuem boas propriedades de condutividade térmica e são moderadamente econômicos, tornando-os ideais para uso em veículos elétricos ou outros equipamentos com altas necessidades de refrigeração. Em aplicações práticas, para garantir efeitos de resfriamento de alta qualidade, é necessário projetar canais de resfriamento apropriados e selecionar materiais apropriados com base no tipo e estrutura da bateria.
Resfriamento líquido por imersão
A tecnologia de resfriamento por líquido de imersão submerge completamente a bateria e outros componentes geradores de calor no líquido de resfriamento. Comparada com o resfriamento a ar tradicional, esta tecnologia reduz o ruído e o consumo de energia, além de controlar melhor a temperatura da bateria. Apesar dos excelentes resultados desta tecnologia, a sua principal desvantagem é o peso e volume relativamente grandes do sistema, o que limita a sua aplicação em veículos eléctricos. Mas para centrais fixas de armazenamento de energia, esta tecnologia é ideal.
O resfriamento por líquido de imersão utiliza principalmente óleo isolante e líquido fluorado como refrigerante, embora o custo seja mais alto. No entanto, pesquisas provaram que esta tecnologia de resfriamento pode garantir que o aumento médio da temperatura da bateria não exceda 5 graus, e a diferença de temperatura entre as células seja de apenas 2 graus. Isto ajuda a melhorar a vida útil e a segurança das centrais elétricas de armazenamento de energia.
Tecnologia de resfriamento de material com mudança de fase
A tecnologia de gerenciamento térmico da bateria baseada em materiais de mudança de fase (PCM) é um método inovador que mantém a bateria em uma temperatura ideal, utilizando as características de armazenamento e liberação de calor do PCM. As vantagens desta abordagem são diversas: não requer energia adicional, não possui partes móveis, exige pouca manutenção e faz um bom trabalho ao garantir uma temperatura uniforme da bateria.
Atualmente, os materiais PCM comumente utilizados no gerenciamento térmico são: Materiais orgânicos como parafinas, alcanos e ácidos orgânicos.
Materiais inorgânicos, como soluções aquosas, hidratos de sal e sais fundidos.
Materiais eutéticos
No entanto, a condutividade térmica do PCM em si não é alta, por isso outros materiais como espuma de cobre, grafite expandida e nanopartículas são normalmente adicionados para melhorar a sua condutividade térmica. Isso também pode resolver alguns problemas físicos do PCM, como problemas de fluidez após mudança de fase.
Para entender isso de forma mais intuitiva, podemos nos referir a algumas pesquisas recentes. Por exemplo, alguns especialistas criaram um material compósito de mudança de fase composto de ácido láurico e cera de parafina combinado com grafite expandido. Este material reduziu com sucesso a temperatura máxima de uma determinada bateria para 42,39 graus. Outros estudos também mostraram que o efeito de resfriamento do PCM pode ser ainda melhorado quando combinado com outros métodos de resfriamento, como o resfriamento a ar.
Tecnologia de resfriamento termoelétrico
O resfriamento termoelétrico é uma tecnologia avançada de resfriamento ativo baseada no efeito Peltier. Simplificando, quando uma corrente elétrica passa por um material específico, ela absorve calor de um lado e o libera do outro, criando um efeito de resfriamento. As principais vantagens desta tecnologia incluem: ausência de refrigerantes, baixo consumo de energia, arranque rápido, boa estabilidade, baixo ruído e ausência de peças móveis. Mas os desafios também são evidentes, como a baixa eficiência de refrigeração e as dificuldades na fabricação de dispositivos de grande porte.
Os pesquisadores realizaram um grande número de experimentos com o objetivo de otimizar a aplicação desta tecnologia em sistemas de gerenciamento térmico de baterias. Por exemplo, alguns especialistas projetaram um sistema que combina placas duplas de resfriamento de sílica com malha de cobre e resfriamento a ar. Eles descobriram que a espessura da placa de resfriamento de sílica está relacionada ao desempenho de temperatura da bateria e 1,5 mm foi determinada como a espessura ideal. Outro estudo combinou o resfriamento termoelétrico com o resfriamento líquido, e experimentos mostraram que essa combinação pode efetivamente melhorar o efeito de resfriamento.