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 do gerenciamento térmico, os sistemas de gerenciamento térmico podem ser divididos em dois tipos: ativos e passivos. Do ponto de vista do fluido de transferência de calor, os sistemas de gerenciamento térmico podem ser divididos em: resfriados a ar, resfriados a líquido e com armazenamento térmico por mudança de fase.
Gestão térmica com ar como meio de transferência de calor
O fluido de transferência de calor tem um impacto significativo no desempenho e no custo do sistema de gerenciamento térmico. O uso do ar como fluido de transferência de calor consiste em introduzir o ar diretamente para que ele flua através do módulo da bateria, atingindo o objetivo de dissipação de calor. Geralmente, são necessários ventiladores, entradas e saídas de ventilação, entre outros componentes.
De acordo com as diferentes fontes de entrada de ar, geralmente existem as seguintes formas:
1. Resfriamento passivo com ventilação de ar externo
2. Resfriamento/aquecimento passivo para ventilação do compartimento de passageiros
3. Resfriamento/aquecimento ativo do ar externo ou do compartimento de passageiros
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 ar quente do habitáculo pode ser utilizado para aspirar o calor. Se a temperatura da bateria estiver muito alta durante a condução e o efeito de resfriamento do ar no habitáculo não for suficiente, o ar frio externo pode ser aspirado para resfriá-la.
Para o sistema ativo, é necessário estabelecer um sistema separado para fornecer funções de aquecimento ou resfriamento, que seja controlado independentemente 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.
Gestão térmica com líquido como meio de transferência de calor
Para a transferência de calor com um líquido como meio, é necessário estabelecer uma comunicação térmica entre o módulo e o meio líquido, como uma camisa de água, para conduzir o aquecimento e o resfriamento indiretos por convecção e condução térmica. O meio 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 líquido dielétrico, mas medidas de isolamento devem ser tomadas para evitar curto-circuito.
O resfriamento passivo por líquido geralmente utiliza a troca de calor entre o líquido e o ar ambiente, introduzindo em seguida compartimentos 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/aquecimento com óleo térmico para obter o resfriamento primário. O aquecimento e o resfriamento primário podem ser feitos com o fluido refrigerante do ar da cabine de passageiros/ar condicionado.
O sistema de gerenciamento térmico com ar e líquido como meio requer ventiladores, bombas de água, trocadores de calor e aquecedores (Aquecedor de ar PTC), tubulações e outros acessórios que tornam a estrutura muito grande e complexa, além de consumirem energia da bateria, reduzindo a densidade de potência e a densidade de energia da bateria.
(Refrigerante PTCaquecedorO 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 é facilmente reduzida após a troca de calor pelo resfriador de baterias, permitindo que a bateria opere 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 retenção, resfriador de baterias (válvula de expansão com válvula de retenção) e tubulações do ar condicionado, etc. O circuito de água de refrigeração inclui:bomba de água elétricaBateria (incluindo placas de resfriamento), resfriadores de bateria, tubos de água, tanques de expansão e outros acessórios.
Data da publicação: 13 de julho de 2023
