Anàlisi del sistema de gestió tèrmica del medi de transferència de calor de la bateria d'energia

Una de les tecnologies clau dels vehicles de nova energia són les bateries. La qualitat de les bateries determina el cost dels vehicles elèctrics, d'una banda, i l'autonomia de conducció dels vehicles elèctrics, de l'altra. Factor clau per a l'acceptació i l'adopció ràpida.

Segons les característiques d'ús, els requisits i els camps d'aplicació de les bateries d'energia, els tipus de recerca i desenvolupament de bateries d'energia a nivell nacional i internacional són aproximadament: bateries de plom-àcid, bateries de níquel-cadmi, bateries de níquel-hidrur metàl·lic, bateries de ions de liti, piles de combustible, etc., entre les quals el desenvolupament de bateries de ions de liti rep la major atenció.

Comportament de generació de calor de la bateria d'energia

La font de calor, la velocitat de generació de calor, la capacitat calorífica de la bateria i altres paràmetres relacionats del mòdul de bateria estan estretament relacionats amb la naturalesa de la bateria. La calor alliberada per la bateria depèn de la naturalesa i les característiques químiques, mecàniques i elèctriques de la bateria, especialment de la naturalesa de la reacció electroquímica. L'energia calorífica generada en la reacció de la bateria es pot expressar mitjançant la calor de reacció de la bateria Qr; la polarització electroquímica fa que el voltatge real de la bateria es desviï de la seva força electromotriu d'equilibri, i la pèrdua d'energia causada per la polarització de la bateria s'expressa mitjançant Qp. A més que la reacció de la bateria es produeix segons l'equació de reacció, també hi ha algunes reaccions secundàries. Les reaccions secundàries típiques inclouen la descomposició de l'electròlit i l'autodescàrrega de la bateria. La calor de reacció secundària generada en aquest procés és Qs. A més, com que qualsevol bateria inevitablement tindrà resistència, es generarà calor Joule Qj quan passi el corrent. Per tant, la calor total d'una bateria és la suma de la calor dels aspectes següents: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.

Segons el procés específic de càrrega (descàrrega), els principals factors que fan que la bateria generi calor també són diferents. Per exemple, quan la bateria es carrega normalment, Qr és el factor dominant; i en l'etapa posterior de la càrrega de la bateria, a causa de la descomposició de l'electròlit, comencen a produir-se reaccions secundàries (la calor de reacció secundària és Qs), quan la bateria està gairebé completament carregada i sobrecarregada. El que passa principalment és la descomposició de l'electròlit, on Qs domina. La calor en Joule Qj depèn del corrent i la resistència. El mètode de càrrega més utilitzat es duu a terme sota un corrent constant, i Qj és un valor específic en aquest moment. Tanmateix, durant l'arrencada i l'acceleració, el corrent és relativament alt. Per als HEV, això equival a un corrent de desenes d'amperes a centenars d'amperes. En aquest moment, la calor en Joule Qj és molt gran i es converteix en la principal font d'alliberament de calor de la bateria.

Des de la perspectiva de la controlabilitat de la gestió tèrmica, els sistemes de gestió tèrmica es poden dividir en dos tipus: actius i passius. Des de la perspectiva del medi de transferència de calor, els sistemes de gestió tèrmica es poden dividir en: emmagatzematge tèrmic refrigerat per aire, refrigerat per líquid i de canvi de fase.

Gestió tèrmica amb aire com a mitjà de transferència de calor

El medi de transferència de calor té un impacte significatiu en el rendiment i el cost del sistema de gestió tèrmica. L'ús d'aire com a medi de transferència de calor consisteix a introduir-lo directament perquè flueixi a través del mòdul de bateria per aconseguir la dissipació de calor. Generalment, es requereixen ventiladors, ventilació d'entrada i sortida i altres components.
Segons les diferents fonts d'entrada d'aire, generalment hi ha les formes següents:
1 Refrigeració passiva amb ventilació d'aire exterior
2. Refrigeració/calefacció passiva per a la ventilació de l'habitacle
3. Refrigeració/escalfament actiu de l'aire exterior o de l'habitacle
L'estructura del sistema passiu és relativament senzilla i utilitza directament l'entorn existent. Per exemple, si cal escalfar la bateria a l'hivern, es pot utilitzar l'ambient calent de l'habitacle per inhalar aire. Si la temperatura de la bateria és massa alta durant la conducció i l'efecte de refrigeració de l'aire de l'habitacle no és bo, es pot inhalar aire fred de l'exterior per refredar-lo.

Per al sistema actiu, cal establir un sistema separat per proporcionar funcions de calefacció o refrigeració i controlar-lo de manera independent segons l'estat de la bateria, cosa que també augmenta el consum d'energia i el cost del vehicle. L'elecció dels diferents sistemes depèn principalment dels requisits d'ús de la bateria.

Gestió tèrmica amb líquid com a mitjà de transferència de calor

Per a la transferència de calor amb líquid com a medi, cal establir una comunicació de transferència de calor entre el mòdul i el medi líquid, com ara una jaqueta d'aigua, per dur a terme un escalfament i refredament indirectes en forma de convecció i conducció de calor. El medi de transferència de calor pot ser aigua, etilenglicol o fins i tot refrigerant. També hi ha una transferència de calor directa submergint la peça polar en el líquid del dielèctric, però s'han de prendre mesures d'aïllament per evitar curtcircuits.

La refrigeració líquida passiva generalment utilitza l'intercanvi de calor líquid-aire ambient i després introdueix capolls a la bateria per a l'intercanvi de calor secundari, mentre que la refrigeració activa utilitza intercanviadors de calor del medi líquid-refrigerant del motor o calefacció elèctrica/escalfament d'oli tèrmic per aconseguir la refrigeració primària. Calefacció, refrigeració primària amb aire condicionat/aire condicionat a la cabina de passatgers.
El sistema de gestió tèrmica amb aire i líquid com a medi requereix ventiladors, bombes d'aigua, intercanviadors de calor, escalfadors (Escalfador d'aire PTC), canonades i altres accessoris per fer que l'estructura sigui massa gran i complexa, i també consumeix energia de la bateria, matriu La densitat de potència i la densitat d'energia de la bateria es redueixen.
(Refrigerant PTCescalfador) El sistema de refrigeració de bateries refrigerades per aigua utilitza refrigerant (50% aigua/50% etilenglicol) per transferir la calor de la bateria al sistema de refrigeració de l'aire condicionat a través del refrigerador de la bateria i, a continuació, a l'entorn a través del condensador. La temperatura de l'aigua importada es pot assolir fàcilment a una temperatura més baixa després de l'intercanvi de calor pel refrigerador de la bateria, i la bateria es pot ajustar per funcionar al millor rang de temperatura de funcionament; el principi del sistema es mostra a la figura. Els components principals del sistema de refrigeració inclouen: condensador, compressor elèctric, evaporador, vàlvula d'expansió amb vàlvula de parada, refrigerador de bateria (vàlvula d'expansió amb vàlvula de parada) i canonades d'aire condicionat, etc.; el circuit d'aigua de refrigeració inclou:bomba d'aigua elèctrica, bateria (incloses les plaques de refrigeració), refrigeradors de bateria, canonades d'aigua, dipòsits d'expansió i altres accessoris.