Tecnologia de gerenciamento térmico
Gerenciamento térmico da bateria
O gerenciamento térmico da bateria é um componente essencial do sistema de gerenciamento térmico de veículos elétricos. Seu principal objetivo é garantir que o conjunto de baterias mantenha uma temperatura operacional adequada sob várias condições operacionais para garantir o desempenho, a segurança e a vida útil da bateria. O gerenciamento térmico da bateria inclui principalmente dois aspectos: dissipação de calor e aquecimento. A seguir, serão elaborados os diferentes caminhos técnicos para atingir essas duas funções.
1. Dissipação de calor da bateria
1) Resfriamento a ar. O resfriamento a ar é um método de dissipação de calor relativamente simples e de baixo custo. Ele remove o calor gerado pela bateria por meio de convecção natural ou pela instalação de um ventilador para forçar o fluxo de ar. O sistema de resfriamento a ar depende principalmente do dissipador de calor na superfície do conjunto de baterias para troca de calor, o que é adequado para cenários com requisitos de baixa densidade de potência ou temperatura ambiente moderada. No entanto, devido à pequena capacidade de calor específica do ar, a eficiência da troca de calor é relativamente limitada, e a capacidade de resfriamento rápido para baterias de alta potência e alta densidade de energia é fraca.
2) Resfriamento líquido. A solução de resfriamento líquido usa refrigerante (como água, solução de etilenoglicol, etc.) como meio de transferência de calor, que está em contato direto com a bateria por meio de um tubo de circulação para obter condução de calor eficiente. O sistema de resfriamento líquido pode controlar com precisão a temperatura da bateria, especialmente para veículos elétricos de alto desempenho. Ao mesmo tempo em que previne efetivamente o superaquecimento da bateria, ele garante que a temperatura da bateria seja distribuída uniformemente, melhorando assim a vida útil da bateria e o desempenho geral. No entanto, o resfriamento líquido tem certas limitações. O sistema de resfriamento líquido é mais complexo, há risco de vazamento de líquido, há certos requisitos para a resistência à corrosão do material e o custo de manutenção é aumentado.
3) Dissipação de calor do Material de Mudança de Fase (PCM). Os materiais de mudança de fase podem absorver uma grande quantidade de calor latente durante o processo de transição de fase sólido-líquido, obtendo assim um bom efeito de dissipação de calor. Quando aplicado ao gerenciamento térmico da bateria, o PCM pode ser enrolado ao redor da bateria ou incorporado ao módulo da bateria para absorver calor quando a temperatura da bateria aumenta, desempenhando um papel na liberação lenta de calor. A vantagem da dissipação de calor do PCM são suas características de temperatura constante, o que evita que a temperatura da bateria aumente repentinamente, mas as desvantagens também são relativamente óbvias. Sua condutividade térmica é relativamente baixa, a velocidade de resposta é lenta e o custo do material é alto.
4) Dissipação de calor do tubo de calor. Os tubos de calor podem transferir calor usando o processo de mudança de fase do fluido de trabalho sem entrada de energia externa para atingir condutividade térmica eficiente. Em aplicações de gerenciamento térmico de bateria, os tubos de calor podem transferir calor rapidamente de pontos quentes locais e melhorar a consistência da temperatura de todo o conjunto de baterias. Os tubos de calor têm as vantagens de alta eficiência de transferência de calor, tamanho pequeno e peso leve, mas sua estrutura é complexa, o custo de fabricação é relativamente alto e deve-se prestar atenção ao projeto de uma extremidade de condensação adequada para garantir a eficiência da dissipação de calor.
5) Dissipação de calor por resfriamento direto. O resfriamento direto se refere principalmente ao meio de resfriamento (geralmente líquido) fluindo diretamente através do módulo da bateria ou célula da bateria para controlar efetivamente a temperatura operacional da bateria. Este design permite que a superfície da bateria dissipe o calor rapidamente, o que é particularmente adequado para ocasiões de alta temperatura e alta demanda de energia. No entanto, o resfriamento direto tem requisitos extremamente altos para vedação e, uma vez que o refrigerante vaza, pode causar sérios riscos à segurança.
2. Aquecimento da bateria
1) Aquecimento PTC. O aquecedor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) é baseado no efeito do coeficiente de temperatura positivo, ou seja, a resistência aumenta com o aumento da temperatura. Portanto, ele pode fornecer saída de calor estável em ambiente de baixa temperatura enquanto limita automaticamente sua própria temperatura de ser muito alta. O aquecimento PTC é amplamente utilizado em veículos elétricos para conforto, como aquecimento de assentos e aquecimento auxiliar do sistema de ar condicionado do veículo. Devido às suas características de autorregulação, ele pode fornecer efeitos de aquecimento estáveis e eficientes, evitando problemas causados por superaquecimento. É uma tecnologia de aquecimento eficiente. No entanto, o aquecimento PTC é aquecimento elétrico, o que aumentará o consumo total de energia dos veículos elétricos e reduzirá a autonomia de direção.
2) Aquecimento por bomba de calor. O sistema de ar condicionado por bomba de calor absorve calor de baixa temperatura do ambiente externo por meio do ciclo de Carnot reverso e o transfere para a bateria e a cabine por meio do processo de compressão e liberação de calor. Em comparação com os métodos tradicionais de aquecimento PTC, as bombas de calor são mais eficientes em termos de energia em ambientes de baixa temperatura e ajudam a manter o desempenho do veículo. No entanto, o design e a operação dos sistemas de bomba de calor são mais complexos, especialmente em condições extremas de baixa temperatura, onde seu desempenho diminuirá. Por esse motivo, alguns estudos propuseram tecnologias inovadoras, como injeção de ar e bombas de calor de fonte dupla para otimizar o desempenho da bomba de calor em baixas temperaturas ambientes.
