Solucions de gestió tèrmica per a sistemes de bateries

No hi ha dubte que el factor temperatura té un impacte crucial en el rendiment, la vida útil i la seguretat de les bateries. En general, esperem que el sistema de bateries funcioni en un rang de 15 a 35 ℃ per tal d'aconseguir la millor potència de sortida i entrada, la màxima energia disponible i la vida útil del cicle més llarga (tot i que l'emmagatzematge a baixa temperatura pot allargar la vida útil de la bateria, no té gaire sentit practicar l'emmagatzematge a baixa temperatura en aplicacions, i les bateries són molt similars a les de les persones en aquest sentit).

Actualment, la gestió tèrmica del sistema de bateries d'energia es pot dividir principalment en quatre categories: refrigeració natural, refrigeració per aire, refrigeració per líquid i refrigeració directa. Entre elles, la refrigeració natural és un mètode de gestió tèrmica passiva, mentre que la refrigeració per aire, la refrigeració per líquid i el corrent continu són actius. La principal diferència entre aquests tres és la diferència en el medi d'intercanvi de calor.

· Refrigeració natural
La refrigeració lliure no té dispositius addicionals per a l'intercanvi de calor. Per exemple, BYD ha adoptat la refrigeració natural en els models Qin, Tang, Song, E6, Tengshi i altres que utilitzen cel·les LFP. S'entén que el següent BYD canviarà a la refrigeració líquida per als models que utilitzen bateries ternàries.

· Refrigeració per aire (Escalfador d'aire PTC)
La refrigeració per aire utilitza l'aire com a mitjà de transferència de calor. N'hi ha dos tipus comuns. El primer s'anomena refrigeració passiva per aire, que utilitza directament aire extern per a l'intercanvi de calor. El segon tipus és la refrigeració activa per aire, que pot preescalfar o refredar l'aire exterior abans d'entrar al sistema de bateries. En els primers temps, molts models elèctrics japonesos i coreans utilitzaven solucions refrigerades per aire.

· Refrigeració líquida
La refrigeració líquida utilitza anticongelant (com ara etilenglicol) com a medi de transferència de calor. Generalment hi ha diversos circuits d'intercanvi de calor diferents a la solució. Per exemple, VOLT té un circuit de radiador, un circuit d'aire condicionat (Aire condicionat PTC), i un circuit PTC (Escalfador de refrigerant PTC). El sistema de gestió de la bateria respon, s'ajusta i commuta segons l'estratègia de gestió tèrmica. El TESLA Model S té un circuit en sèrie amb el circuit de refrigeració del motor. Quan cal escalfar la bateria a baixa temperatura, el circuit de refrigeració del motor es connecta en sèrie amb el circuit de refrigeració de la bateria, i el motor pot escalfar la bateria. Quan la bateria d'alimentació està a alta temperatura, el circuit de refrigeració del motor i el circuit de refrigeració de la bateria s'ajustaran en paral·lel, i els dos sistemes de refrigeració dissiparan la calor de manera independent.

1. Condensador de gas

2. Condensador secundari

3. Ventilador del condensador secundari

4. Ventilador del condensador de gas

5. Sensor de pressió de l'aire condicionat (costat d'alta pressió)

6. Sensor de temperatura de l'aire condicionat (costat d'alta pressió)

7. Compressor electrònic de l'aire condicionat

8. Sensor de pressió de l'aire condicionat (costat de baixa pressió)

9. Sensor de temperatura de l'aire condicionat (costat de baixa pressió)

10. Vàlvula d'expansió (refrigerador)

11. Vàlvula d'expansió (evaporador)

· Refrigeració directa
La refrigeració directa utilitza refrigerant (material de canvi de fase) com a medi d'intercanvi de calor. El refrigerant pot absorbir una gran quantitat de calor durant el procés de transició de fase gas-líquid. En comparació amb el refrigerant, l'eficiència de transferència de calor es pot augmentar més de tres vegades i la bateria es pot substituir més ràpidament. La calor dins del sistema s'elimina. L'esquema de refrigeració directa s'ha utilitzat al BMW i3.

 

A més de l'eficiència de refrigeració, l'esquema de gestió tèrmica del sistema de bateries ha de tenir en compte la consistència de la temperatura de totes les bateries. El PACK té centenars de cel·les i el sensor de temperatura no pot detectar totes les cel·les. Per exemple, hi ha 444 bateries en un mòdul de Tesla Model S, però només hi ha 2 punts de detecció de temperatura disposats. Per tant, cal fer que la bateria sigui el més consistent possible mitjançant el disseny de la gestió tèrmica. I una bona consistència de temperatura és el requisit previ per a paràmetres de rendiment consistents com ara la potència de la bateria, la durada i l'estat de càrrega (SOC).