Direções para a atualização da tecnologia de gerenciamento térmico de veículos de nova energia

gerenciamento térmico da bateria

Durante o funcionamento da bateria, a temperatura influencia significativamente seu desempenho. Temperaturas muito baixas podem causar uma queda acentuada na capacidade e potência da bateria, podendo até mesmo provocar um curto-circuito. A importância do gerenciamento térmico da bateria torna-se cada vez mais evidente, visto que temperaturas muito altas podem levar à decomposição, corrosão, incêndio ou até mesmo explosão da bateria. A temperatura de operação da bateria é um fator crucial para determinar seu desempenho, segurança e vida útil. Do ponto de vista do desempenho, temperaturas muito baixas resultam em uma diminuição da atividade da bateria, levando a uma redução no desempenho de carga e descarga e a uma queda acentuada na capacidade. A comparação revelou que, quando a temperatura caiu para 10°C, a capacidade de descarga da bateria foi de 93% daquela em temperatura ambiente; entretanto, quando a temperatura caiu para -20°C, a capacidade de descarga da bateria foi de apenas 43% daquela em temperatura ambiente.

Pesquisas realizadas por Li Junqiu e outros mencionaram que, do ponto de vista da segurança, se a temperatura estiver muito alta, as reações secundárias da bateria serão aceleradas. Quando a temperatura se aproxima de 60 °C, os materiais internos/substâncias ativas da bateria se decompõem, e então ocorre uma "fuga térmica", causando um aumento repentino da temperatura, podendo chegar a 400 ~ 1000 °C, o que pode levar a incêndio e explosão. Se a temperatura estiver muito baixa, a taxa de carregamento da bateria precisa ser mantida em um nível mais baixo, caso contrário, a bateria se decompõe no lítio e pode causar um curto-circuito interno, levando a um incêndio.

Do ponto de vista da vida útil da bateria, o impacto da temperatura não pode ser ignorado. A deposição de lítio em baterias propensas a carregamento em baixas temperaturas causa uma rápida redução na vida útil da bateria em dezenas de vezes, e altas temperaturas afetam significativamente a vida útil e o número de ciclos da bateria. A pesquisa constatou que, a 23 °C, a vida útil de uma bateria com 80% da capacidade restante é de aproximadamente 6.238 dias, mas quando a temperatura sobe para 35 °C, a vida útil cai para cerca de 1.790 dias, e quando a temperatura atinge 55 °C, a vida útil cai para apenas 272 dias.

Atualmente, devido a restrições de custo e técnicas, o gerenciamento térmico de baterias (BTMSA tecnologia de resfriamento de baterias não é unificada quanto ao uso de meios condutores e pode ser dividida em três principais vertentes técnicas: resfriamento a ar (ativo e passivo), resfriamento líquido e materiais de mudança de fase (PCM). O resfriamento a ar é relativamente simples, não apresenta risco de vazamento e é econômico. É adequado para o desenvolvimento inicial de baterias LFP e para o segmento de veículos de pequeno porte. O resfriamento líquido apresenta melhor desempenho que o resfriamento a ar, porém com custo mais elevado. Comparado ao ar, o meio de resfriamento líquido possui características como alta capacidade térmica específica e alto coeficiente de transferência de calor, o que compensa a baixa eficiência do resfriamento a ar. Atualmente, essa é a principal estratégia de otimização para veículos de passeio. Zhang Fubin apontou em sua pesquisa que a vantagem do resfriamento líquido é a rápida dissipação de calor, que garante a temperatura uniforme do conjunto de baterias, sendo adequado para baterias com alta geração de calor; as desvantagens são o alto custo, os requisitos rigorosos de embalagem, o risco de vazamento de líquido e a estrutura complexa. Os materiais de mudança de fase apresentam vantagens tanto em termos de eficiência de troca de calor quanto de custo, além de baixos custos de manutenção. A tecnologia atual ainda está em fase laboratorial. A tecnologia de gerenciamento térmico de materiais de mudança de fase ainda não está totalmente madura, e representa a direção de desenvolvimento mais promissora para o gerenciamento térmico de baterias no futuro.

De forma geral, o resfriamento líquido é a tecnologia mais utilizada atualmente, principalmente devido a:

(1) Por um lado, as baterias ternárias de alto teor de níquel atualmente em uso apresentam pior estabilidade térmica do que as baterias de fosfato de ferro-lítio, menor temperatura de fuga térmica (temperatura de decomposição de 750 °C para fosfato de ferro-lítio e 300 °C para baterias ternárias de lítio) e maior produção de calor. Por outro lado, novas tecnologias de aplicação de fosfato de ferro-lítio, como a bateria blade da BYD e a tecnologia CTP da era Ningde, eliminam módulos, melhoram a utilização do espaço e a densidade de energia e promovem ainda mais o gerenciamento térmico da bateria, passando da tecnologia de resfriamento a ar para a tecnologia de resfriamento líquido.

(2) Devido à orientação de redução de subsídios e à ansiedade dos consumidores em relação à autonomia, a autonomia dos veículos elétricos continua a aumentar e os requisitos para a densidade de energia das baterias estão cada vez mais elevados. A procura por tecnologia de refrigeração líquida com maior eficiência de transferência de calor aumentou.

(3) Os modelos estão se desenvolvendo na direção de modelos de gama média a alta, com orçamento de custos suficiente, buscando conforto, baixa tolerância a falhas de componentes e alto desempenho, e a solução de resfriamento líquido está mais alinhada com os requisitos.

Independentemente de se tratar de um carro tradicional ou de um veículo de nova energia, a demanda dos consumidores por conforto está cada vez maior, e a tecnologia de gerenciamento térmico da cabine tornou-se particularmente importante. Em termos de métodos de refrigeração, compressores elétricos são usados ​​em vez de compressores comuns, e baterias são geralmente conectadas aos sistemas de ar condicionado. Veículos tradicionais adotam principalmente o tipo de placa oscilante, enquanto veículos de nova energia usam principalmente o tipo de vórtice. Este método apresenta alta eficiência, baixo peso, baixo ruído e é altamente compatível com a energia de propulsão elétrica. Além disso, a estrutura é simples, a operação é estável e a eficiência volumétrica é cerca de 60% maior do que a do tipo de placa oscilante. Em termos de método de aquecimento, o aquecimento PTC (Aquecedor de ar PTC/aquecedor de líquido refrigerante PTCÉ necessário calor, e os veículos elétricos não possuem fontes de calor de custo zero (como o líquido de arrefecimento de um motor de combustão interna).