Uma das tecnologias-chave dos veículos de novas energias são as baterias. A qualidade das baterias determina, por um lado, o custo dos veículos elétricos e, por outro, a sua autonomia. Este é um fator crucial para a aceitação e rápida adoção dessas baterias.
De acordo com as características de uso, requisitos e campos de aplicação das baterias de energia, os tipos de baterias de energia em pesquisa e desenvolvimento no país e no exterior são, em linhas gerais: baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio, baterias de níquel-hidreto metálico, baterias de íon-lítio, células de combustível, etc., sendo que o desenvolvimento de baterias de íon-lítio recebe a maior atenção.
comportamento de geração de calor da bateria de energia
A fonte de calor, a taxa de geração de calor, a capacidade térmica da bateria e outros parâmetros relacionados do módulo de bateria de potência estão intimamente ligados à natureza da bateria. O calor liberado pela bateria depende de sua natureza e características químicas, mecânicas e elétricas, especialmente da natureza da reação eletroquímica. A energia térmica gerada na reação da bateria pode ser expressa pelo calor da reação da bateria (Qr); a polarização eletroquímica faz com que a tensão real da bateria se desvie de sua força eletromotriz de equilíbrio, e a perda de energia causada pela polarização da bateria é expressa por Qp. Além da reação da bateria que ocorre de acordo com a equação da reação, também existem algumas reações secundárias. Reações secundárias típicas incluem a decomposição do eletrólito e a autodescarga da bateria. O calor gerado pelas reações secundárias nesse processo é Qs. Além disso, como qualquer bateria inevitavelmente terá resistência, o calor Joule (Qj) será gerado quando a corrente passar. Portanto, o calor total de uma bateria é a soma do calor dos seguintes aspectos: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Dependendo do processo específico de carga (descarga), os principais fatores que causam a geração de calor na bateria também variam. Por exemplo, durante o carregamento normal, a resistência (Qr) é o fator dominante; já no estágio final do carregamento, devido à decomposição do eletrólito, reações secundárias começam a ocorrer (o calor gerado por essas reações é Qs). Quando a bateria está quase totalmente carregada ou sobrecarregada, o principal fenômeno é a decomposição do eletrólito, onde Qs predomina. O calor gerado pelo efeito Joule (Qj) depende da corrente e da resistência. O método de carregamento mais comum é realizado com corrente constante, e Qj assume um valor específico nesse momento. No entanto, durante a partida e a aceleração, a corrente é relativamente alta. Para veículos híbridos elétricos (HEV), isso equivale a uma corrente de dezenas a centenas de amperes. Nesses momentos, o calor gerado pelo efeito Joule (Qj) é muito grande e se torna a principal fonte de dissipação de calor da bateria.
Do ponto de vista da controlabilidade da gestão térmica, os sistemas de gestão térmica (HVHOs sistemas de gerenciamento térmico podem ser divididos em dois tipos: ativos e passivos. Do ponto de vista do meio de transferência de calor, os sistemas de gerenciamento térmico podem ser divididos em: resfriados a ar (Aquecedor de ar PTC), refrigerado a líquido(Aquecedor de líquido refrigerante PTC), e armazenamento térmico de mudança de fase.
Para a transferência de calor com fluido refrigerante (aquecedor de fluido refrigerante PTC) como meio, é necessário estabelecer uma comunicação de transferência de calor entre o módulo e o meio líquido, como uma camisa de água, para conduzir o aquecimento e o resfriamento indiretos por convecção e condução de calor. O fluido de transferência de calor pode ser água, etilenoglicol ou mesmo um refrigerante. Também existe a transferência de calor direta por imersão da peça polar no fluido dielétrico, mas medidas de isolamento devem ser tomadas para evitar curto-circuito.
O resfriamento passivo do líquido de arrefecimento geralmente utiliza a troca de calor entre o líquido e o ar ambiente, introduzindo em seguida módulos na bateria para uma troca de calor secundária. Já o resfriamento ativo utiliza trocadores de calor entre o líquido de arrefecimento do motor e o fluido refrigerante, ou aquecimento elétrico PTC/aquecimento com óleo térmico para obter o resfriamento primário. Aquecimento e resfriamento primário com fluido refrigerante do ar da cabine de passageiros/ar condicionado.
Para sistemas de gerenciamento térmico que utilizam ar e líquido como fluido, a estrutura é muito grande e complexa devido à necessidade de ventiladores, bombas d'água, trocadores de calor, aquecedores, tubulações e outros acessórios, além de consumir energia da bateria e reduzir sua densidade de potência e energia.
O sistema de refrigeração de baterias a água utiliza um fluido refrigerante (50% água/50% etilenoglicol) para transferir o calor da bateria para o sistema de refrigeração do ar condicionado através do resfriador de baterias e, em seguida, para o ambiente através do condensador. A temperatura da água de entrada da bateria é reduzida pelo próprio resfriamento da bateria, permitindo que ela atinja uma temperatura mais baixa após a troca de calor, e a bateria pode ser ajustada para operar na faixa de temperatura ideal de funcionamento. O princípio do sistema é mostrado na figura. Os principais componentes do sistema de refrigeração incluem: condensador, compressor elétrico, evaporador, válvula de expansão com válvula de corte, resfriador de baterias (válvula de expansão com válvula de corte) e tubulações do ar condicionado, etc. O circuito de água de refrigeração inclui: bomba d'água elétrica, bateria (incluindo as placas de resfriamento), resfriadores de baterias, tubulações de água, reservatórios de expansão e outros acessórios.
Data da publicação: 27/04/2023
