Análise do sistema de gerenciamento térmico do meio de transferência de calor da bateria de energia

Uma das principais tecnologias dos novos veículos energéticos são as baterias elétricas.A qualidade das baterias determina o custo dos veículos elétricos, por um lado, e a autonomia dos veículos elétricos, por outro.Fator chave para aceitação e adoção rápida.

De acordo com as características de uso, requisitos e campos de aplicação das baterias de energia, os tipos de pesquisa e desenvolvimento de baterias de energia no país e no exterior são aproximadamente: baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio, baterias de níquel-hidreto metálico, baterias de íon-lítio, células de combustível, etc., entre as quais o desenvolvimento de baterias de íon-lítio recebe 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 energia estão intimamente relacionados à natureza da bateria.O calor liberado pela bateria depende da natureza e das características químicas, mecânicas e elétricas da bateria, especialmente da natureza da reação eletroquímica.A energia térmica gerada na reação da bateria pode ser expressa pelo calor de 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 ocorrer de acordo com a equação de reação, também existem algumas reações colaterais.As reações colaterais típicas incluem decomposição de eletrólitos e autodescarga da bateria.O calor da reação secundária gerado neste 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 fazem com que a bateria gere calor também são diferentes.Por exemplo, quando a bateria está normalmente carregada, Qr é o fator dominante;e no estágio posterior de carregamento da bateria, devido à decomposição do eletrólito, as reações colaterais começam a ocorrer (o calor da reação lateral é Qs), quando a bateria está quase totalmente carregada e sobrecarregada. O que acontece principalmente é a decomposição do eletrólito, onde Qs domina .O calor Joule Qj depende da corrente e da resistência.O método de carregamento comumente usado é realizado sob corrente constante e Qj é um valor específico neste momento.No entanto, durante a partida e a aceleração, a corrente é relativamente alta.Para HEV, isto equivale a uma corrente de dezenas de amperes a centenas de amperes.Neste momento, o calor Joule Qj é muito grande e se torna a principal fonte de liberação de calor da bateria.

Do ponto de vista da controlabilidade do gerenciamento térmico, os 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: armazenamento térmico resfriado a ar, resfriado a líquido e de mudança de fase.

Gerenciamento térmico com ar como meio de transferência de calor

O meio de transferência de calor tem um impacto significativo no desempenho e no custo do sistema de gerenciamento térmico.O uso do ar como meio de transferência de calor consiste em introduzir diretamente o ar para que ele flua através do módulo da bateria para atingir o objetivo de dissipação de calor.Geralmente, são necessários ventiladores, ventilação de entrada e saída e outros componentes.
De acordo com as diferentes fontes de entrada de ar, geralmente existem as seguintes formas:
1 Resfriamento passivo com ventilação externa
2. Arrefecimento/aquecimento passivo para ventilação do habitáculo
3. Arrefecimento/aquecimento ativo do ar exterior ou do habitáculo
A estrutura do sistema passivo é relativamente simples e utiliza diretamente o ambiente existente.Por exemplo, se a bateria precisar ser aquecida no inverno, o ambiente quente do habitáculo pode ser aproveitado para inalar ar.Se a temperatura da bateria for demasiado elevada durante a condução e o efeito de refrigeração do ar no habitáculo não for bom, o ar frio do exterior pode ser inalado para arrefecer.

Para o sistema activo, é necessário estabelecer um sistema separado para fornecer funções de aquecimento ou arrefecimento e ser controlado de forma independente de acordo com o estado da bateria, o que também aumenta o consumo de energia e o custo do veículo.A escolha dos diferentes sistemas depende principalmente dos requisitos de utilização da bateria.

Gerenciamento térmico com líquido como meio de transferência de calor

Para transferência de calor com líquido 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 aquecimento e resfriamento indiretos na forma de convecção e condução de calor.O meio de transferência de calor pode ser água, etilenoglicol ou mesmo refrigerante.Há também transferência direta de calor pela imersão da peça polar no líquido do dielétrico, mas devem ser tomadas medidas de isolamento para evitar curto-circuito.

O resfriamento líquido passivo geralmente usa troca de calor líquido-ar ambiente e, em seguida, introduz casulos na bateria para troca de calor secundária, enquanto o resfriamento ativo usa trocadores de calor médio líquido-líquido do motor ou aquecimento elétrico/aquecimento de óleo térmico para obter resfriamento primário.Aquecimento, resfriamento primário com meio líquido refrigerante de ar/ar condicionado da cabine de passageiros.
O sistema de gerenciamento térmico com ar e líquido como meio requer ventiladores, bombas de água, trocadores de calor, aquecedores (Aquecedor de ar PTC), tubulações e outros acessórios para tornar a estrutura muito grande e complexa, e também consome energia da bateria, matriz A densidade de potência e a densidade de energia da bateria são reduzidas.
(Líquido refrigerante PTCaquecedor) O sistema de resfriamento da bateria resfriada a água usa líquido refrigerante (50% água/50% etilenoglicol) para transferir calor da bateria para o sistema refrigerante do ar condicionado através do resfriador da bateria e, em seguida, para o ambiente através do condensador.A temperatura da água importada é fácil de atingir uma temperatura mais baixa após a troca de calor pelo refrigerador da bateria, e a bateria pode ser ajustada para operar na melhor faixa de temperatura de trabalho;o princípio do sistema é mostrado na figura.Os principais componentes do sistema refrigerante incluem: condensador, compressor elétrico, evaporador, válvula de expansão com válvula de corte, refrigerador de bateria (válvula de expansão com válvula de corte) e tubos de ar condicionado, etc.;O circuito de água de resfriamento inclui:bomba de água elétrica, bateria (incluindo placas de resfriamento), refrigeradores de bateria, tubulações de água, tanques de expansão e outros acessórios.