Como principal fonte de energia para veículos de novas energias, as baterias são de extrema importância para esses veículos. Durante o uso real do veículo, a bateria enfrentará condições de trabalho complexas e variáveis.
Em baixas temperaturas, a resistência interna das baterias de íon-lítio aumenta e a capacidade diminui. Em casos extremos, o eletrólito congela e a bateria não pode ser descarregada. O desempenho do sistema de baterias em baixas temperaturas é bastante afetado, resultando em perda de potência e redução da autonomia dos veículos elétricos. Ao carregar veículos de novas energias em condições de baixa temperatura, o BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) geralmente aquece a bateria até uma temperatura adequada antes do carregamento. Se esse processo não for realizado corretamente, pode ocorrer uma sobrecarga instantânea de tensão, resultando em curto-circuito interno e, consequentemente, fumaça, incêndio ou até mesmo explosão.
Em altas temperaturas, se o controle do carregador falhar, pode ocorrer uma reação química violenta dentro da bateria, gerando muito calor. Se o calor se acumular rapidamente dentro da bateria sem tempo para dissipar, ela pode vazar, liberar gases, fumaça, etc. Em casos graves, a bateria pode pegar fogo violentamente e explodir.
O sistema de gerenciamento térmico da bateria (BTMS, na sigla em inglês) é a principal função do sistema de gerenciamento de baterias. O gerenciamento térmico da bateria inclui principalmente as funções de resfriamento, aquecimento e equalização de temperatura. As funções de resfriamento e aquecimento são ajustadas principalmente para o possível impacto da temperatura ambiente externa na bateria. A equalização de temperatura é usada para reduzir a diferença de temperatura dentro do conjunto de baterias e evitar a deterioração rápida causada pelo superaquecimento de uma determinada parte da bateria. Um sistema de regulação em circuito fechado é composto por um meio condutor de calor, uma unidade de medição e controle e um equipamento de controle de temperatura, de modo que a bateria possa operar dentro de uma faixa de temperatura adequada para manter seu estado de uso ideal e garantir o desempenho e a vida útil do sistema de baterias.
1. Modo de desenvolvimento do modelo "V" do sistema de gerenciamento térmico
Como componente do sistema de baterias de alta potência, o sistema de gerenciamento térmico também é desenvolvido de acordo com o modelo de desenvolvimento em "V" da indústria automotiva. Somente com o auxílio de ferramentas de simulação e um grande número de verificações em testes é possível aprimorar a eficiência do desenvolvimento, reduzir custos e garantir a confiabilidade, segurança e longevidade do sistema.
A seguir, apresenta-se o modelo "V" para o desenvolvimento de sistemas de gerenciamento térmico. De maneira geral, o modelo consiste em dois eixos, um horizontal e um vertical: o eixo horizontal é composto por quatro linhas principais de desenvolvimento direto e uma linha principal de verificação inversa, sendo a linha principal o desenvolvimento direto, levando em consideração a verificação inversa em circuito fechado; o eixo vertical consiste em três níveis: componentes, subsistemas e sistemas.
A temperatura da bateria afeta diretamente sua segurança, portanto, o projeto e a pesquisa do sistema de gerenciamento térmico da bateria são uma das tarefas mais críticas no projeto de um sistema de baterias. O projeto e a verificação do gerenciamento térmico do sistema de baterias devem ser realizados em estrita conformidade com o processo de projeto de gerenciamento térmico da bateria, os tipos de sistemas e componentes de gerenciamento térmico, a seleção de componentes do sistema de gerenciamento térmico e a avaliação do desempenho do sistema de gerenciamento térmico, a fim de garantir o desempenho e a segurança da bateria.
1. Requisitos do sistema de gerenciamento térmico. De acordo com os parâmetros de entrada do projeto, como o ambiente de uso do veículo, as condições de operação e a faixa de temperatura das células da bateria, realiza-se uma análise de demanda para esclarecer os requisitos do sistema de gerenciamento térmico da bateria. Os requisitos do sistema, definidos a partir dessa análise, determinam as funções e os objetivos do projeto. Esses objetivos incluem principalmente o controle da temperatura das células da bateria, a diferença de temperatura entre elas, o consumo de energia e o custo do sistema.
2. Estrutura do sistema de gerenciamento térmico. De acordo com os requisitos do sistema, este é dividido em subsistema de resfriamento, subsistema de aquecimento, subsistema de isolamento térmico e subsistema de prevenção de fuga térmica (TRo), sendo definidos os requisitos de projeto de cada subsistema. Simultaneamente, realiza-se uma análise de simulação para verificar inicialmente o projeto do sistema. Por exemplo:Refrigerador PTC, Aquecedor de ar PTC, bomba de água eletrônica, etc.
3. Projeto de subsistemas: primeiro, determine o objetivo do projeto de cada subsistema de acordo com o projeto do sistema e, em seguida, realize a seleção do método, o projeto do esquema, o projeto detalhado e a análise e verificação por simulação para cada subsistema, um de cada vez.
4. Projeto de peças: primeiro, determine os objetivos do projeto das peças de acordo com o projeto do subsistema e, em seguida, realize o projeto detalhado e a análise de simulação.
5. Fabricação e teste de peças, fabricação de peças e teste e verificação.
6. Integração e verificação de subsistemas, para integração de subsistemas e verificação de testes.
7. Integração e teste de sistemas, verificação de integração e teste de sistemas.
Data da publicação: 02/06/2023
