Pesquisa sobre a tecnologia de gerenciamento térmico de baterias de lítio para veículos de novas energias.

1. Características das baterias de lítio para veículos de novas energias

As baterias de lítio apresentam como principais vantagens a baixa taxa de autodescarga, a alta densidade de energia, a longa vida útil e a alta eficiência operacional. Utilizar baterias de lítio como principal dispositivo de energia para novas fontes de energia equivale a obter uma excelente fonte de energia. Portanto, na composição dos principais componentes de veículos de novas energias, o conjunto de baterias de lítio, incluindo as células de lítio, tornou-se o componente central mais importante e a parte fundamental que fornece energia. Durante o funcionamento das baterias de lítio, existem certos requisitos para o ambiente ao redor. De acordo com os resultados experimentais, a temperatura ideal de operação é mantida entre 20°C e 40°C. Quando a temperatura ao redor da bateria ultrapassa o limite especificado, o desempenho da bateria de lítio é significativamente reduzido, assim como sua vida útil. Se a temperatura ao redor da bateria for muito baixa, a capacidade de descarga final e a tensão de descarga se desviarão dos padrões predefinidos, apresentando uma queda acentuada.

Se a temperatura ambiente for muito alta, a probabilidade de fuga térmica da bateria de lítio aumenta consideravelmente, e o calor interno se acumula em um local específico, causando sérios problemas de superaquecimento. Se essa parte do calor não puder ser dissipada adequadamente, juntamente com o tempo de operação prolongado da bateria de lítio, ela fica propensa a explosões. Esse risco de segurança representa uma grande ameaça à segurança pessoal, portanto, as baterias de lítio devem depender de dispositivos de resfriamento eletromagnético para melhorar o desempenho de segurança do equipamento como um todo durante o funcionamento. Percebe-se, portanto, que, ao controlar a temperatura das baterias de lítio, os pesquisadores devem usar dispositivos externos de forma racional para dissipar o calor e controlar a temperatura ideal de operação das baterias. Uma vez que o controle de temperatura atinja os padrões correspondentes, a meta de condução segura de veículos de novas energias dificilmente será ameaçada.

2. Mecanismo de geração de calor da bateria de lítio para veículos de nova energia

Embora essas baterias possam ser usadas como dispositivos de energia, na prática, as diferenças entre elas são mais evidentes. Algumas baterias apresentam desvantagens maiores, portanto, os fabricantes de veículos de nova energia devem escolher com cuidado. Por exemplo, a bateria de chumbo-ácido fornece energia suficiente para a parte central do veículo, mas causa grandes danos ao meio ambiente durante sua operação, danos esses que podem ser irreparáveis ​​posteriormente. Portanto, para proteger a segurança ambiental, o país incluiu as baterias de chumbo-ácido na lista de materiais proibidos. Durante o período de desenvolvimento, as baterias de níquel-hidreto metálico (Ni-MH) obtiveram boas oportunidades, a tecnologia de desenvolvimento amadureceu gradualmente e o escopo de aplicação também se expandiu. No entanto, em comparação com as baterias de lítio, suas desvantagens são um pouco mais evidentes. Por exemplo, é difícil para os fabricantes de baterias comuns controlar o custo de produção das baterias de Ni-MH. Como resultado, o preço das baterias de níquel-hidreto no mercado permanece alto. Algumas marcas de veículos de nova energia que buscam custo-benefício dificilmente consideram usá-las como componentes automotivos. Mais importante ainda, as baterias de Ni-MH são muito mais sensíveis à temperatura ambiente do que as baterias de lítio e são mais propensas a pegar fogo devido às altas temperaturas. Após diversas comparações, as baterias de lítio se destacam e agora são amplamente utilizadas em veículos de novas energias.

A razão pela qual as baterias de lítio podem fornecer energia para veículos de novas energias reside precisamente no fato de seus eletrodos positivo e negativo possuírem materiais ativos. Durante o processo contínuo de inserção e extração desses materiais, uma grande quantidade de energia elétrica é obtida e, de acordo com o princípio da conversão de energia, a energia elétrica e a energia cinética são trocadas, fornecendo assim energia suficiente para os veículos de novas energias, permitindo que eles se movimentem. Ao mesmo tempo, quando a célula da bateria de lítio passa por uma reação química, ela absorve e libera calor para completar a conversão de energia. Além disso, o átomo de lítio não é estático, podendo se mover continuamente entre o eletrólito e o diafragma, apresentando uma resistência interna de polarização.

Agora, o calor também será liberado adequadamente. No entanto, a temperatura ao redor da bateria de lítio dos veículos de nova energia é muito alta, o que pode facilmente levar à decomposição dos separadores positivo e negativo. Além disso, a composição da bateria de lítio de nova energia é formada por múltiplos conjuntos de baterias. O calor gerado por todos os conjuntos de baterias excede em muito o de uma única bateria. Quando a temperatura ultrapassa um valor predeterminado, a bateria fica extremamente propensa a explodir.

3. Tecnologias-chave do sistema de gerenciamento térmico de baterias

O sistema de gerenciamento de baterias para veículos de novas energias tem recebido grande atenção tanto no âmbito nacional quanto internacional, com o desenvolvimento de diversas pesquisas e a obtenção de muitos resultados. Este artigo abordará a avaliação precisa da energia restante da bateria em veículos de novas energias, o gerenciamento do equilíbrio da bateria e as principais tecnologias aplicadas nesse setor.sistema de gerenciamento térmico.

3.1 Método de avaliação da potência residual do sistema de gerenciamento térmico da bateria
Pesquisadores têm investido muita energia e esforços meticulosos na avaliação do SOC (estado de carga), principalmente utilizando algoritmos de dados científicos, como o método integral de ampere-hora, o método do modelo linear, o método de redes neurais e o método do filtro de Kalman para realizar um grande número de experimentos de simulação. No entanto, erros de cálculo frequentemente ocorrem durante a aplicação desse método. Se o erro não for corrigido a tempo, a discrepância entre os resultados do cálculo aumentará cada vez mais. Para compensar essa deficiência, os pesquisadores geralmente combinam o método de avaliação Anshi com outros métodos para que se verifiquem mutuamente, a fim de obter resultados mais precisos. Com dados precisos, os pesquisadores podem estimar com exatidão a corrente de descarga da bateria.

3.2 Gestão equilibrada do sistema de gestão térmica da bateria
O gerenciamento de balanceamento do sistema de gerenciamento térmico da bateria é usado principalmente para coordenar a tensão e a potência de cada parte da bateria. Quando diferentes baterias são utilizadas em diferentes partes do sistema, a potência e a tensão variam. Nesse caso, o gerenciamento de balanceamento deve ser utilizado para eliminar essa inconsistência. Atualmente, a técnica de gerenciamento de balanceamento mais utilizada é a de balanceamento térmico.

A equalização é dividida principalmente em dois tipos: equalização passiva e equalização ativa. Do ponto de vista da aplicação, os princípios de implementação utilizados por esses dois tipos de métodos de equalização são bastante diferentes.

(1) Balanceamento passivo. O princípio do balanceamento passivo utiliza a relação proporcional entre a potência e a tensão da bateria, com base nos dados de tensão de uma única série de baterias, e a conversão entre as duas é geralmente realizada por meio de descarga resistiva: a energia de uma bateria de alta potência gera calor por meio do aquecimento resistivo, dissipando-o em seguida pelo ar para atingir o objetivo de perda de energia. No entanto, esse método de balanceamento não melhora a eficiência do uso da bateria. Além disso, se a dissipação de calor for desigual, a bateria não conseguirá realizar a tarefa de gerenciamento térmico devido ao problema de superaquecimento.

(2) Balanceamento ativo. O balanceamento ativo é um produto aprimorado do balanceamento passivo, que compensa as desvantagens deste último. Do ponto de vista do princípio de funcionamento, o princípio do balanceamento ativo não se refere ao princípio do balanceamento passivo, mas adota um conceito completamente novo: o balanceamento ativo não converte a energia elétrica da bateria em energia térmica e a dissipa, de modo que a energia de alta energia da bateria seja transferida para a bateria de baixa energia. Além disso, esse tipo de transferência não viola a lei da conservação de energia e apresenta as vantagens de baixa perda, alta eficiência de uso e resultados rápidos. No entanto, a estrutura de composição do gerenciamento de balanceamento é relativamente complexa. Se o ponto de balanceamento não for controlado adequadamente, pode causar danos irreversíveis ao conjunto de baterias devido ao seu tamanho excessivo. Em resumo, tanto o gerenciamento de balanceamento ativo quanto o passivo apresentam vantagens e desvantagens. Em aplicações específicas, os pesquisadores podem fazer escolhas de acordo com a capacidade e o número de conjuntos de baterias de lítio. Baterias de lítio de baixa capacidade e em pequeno número são adequadas para gerenciamento passivo de equalização, enquanto baterias de lítio de alta capacidade e em grande número são adequadas para gerenciamento ativo de equalização.

3.3 As principais tecnologias utilizadas no sistema de gerenciamento térmico da bateria
(1) Determinar a faixa de temperatura operacional ideal da bateria. O sistema de gerenciamento térmico é usado principalmente para controlar a temperatura ao redor da bateria; portanto, para garantir a eficácia do sistema de gerenciamento térmico, a principal tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores é utilizada para determinar a temperatura de operação da bateria. Mantendo a temperatura da bateria dentro de uma faixa adequada, a bateria de lítio estará sempre em ótimas condições de funcionamento, fornecendo energia suficiente para a operação de veículos de nova energia. Dessa forma, o desempenho da bateria de lítio em veículos de nova energia estará sempre em excelentes condições.

(2) Cálculo da faixa térmica da bateria e previsão de temperatura. Esta tecnologia envolve um grande número de cálculos de modelos matemáticos. Os cientistas usam métodos de cálculo correspondentes para obter a diferença de temperatura dentro da bateria e usam isso como base para prever o possível comportamento térmico da bateria.

(3) Seleção do fluido de transferência de calor. O desempenho superior do sistema de gerenciamento térmico depende da escolha do fluido de transferência de calor. A maioria dos veículos de nova energia atuais utiliza ar/líquido refrigerante como fluido de arrefecimento. Este método de arrefecimento é simples de operar, tem baixo custo de fabricação e atinge bem o objetivo de dissipação de calor da bateria.Aquecedor de ar PTC/Aquecedor de líquido refrigerante PTC)

(4) Adotar um projeto de estrutura de ventilação e dissipação de calor paralela. O projeto de ventilação e dissipação de calor entre os pacotes de baterias de lítio pode expandir o fluxo de ar para que ele possa ser distribuído uniformemente entre os pacotes de baterias, resolvendo efetivamente a diferença de temperatura entre os módulos de bateria.

(5) Seleção do ponto de medição da ventoinha e da temperatura. Neste módulo, os pesquisadores utilizaram um grande número de experimentos para realizar cálculos teóricos e, em seguida, aplicaram métodos de mecânica dos fluidos para obter os valores de consumo de energia da ventoinha. Posteriormente, os pesquisadores utilizarão elementos finitos para encontrar o ponto de medição de temperatura mais adequado, a fim de obter dados precisos sobre a temperatura da bateria.