Un breve análisis de la tecnología de gestión térmica para
baterías de energía para vehículos de nueva energía
Componentes de gestión térmica del vehículo.
El sistema de refrigeración de los vehículos de nueva energía generalmente consta de tres partes: sistema de circulación de refrigeración de la batería, sistema de circulación de refrigeración controlado electrónicamente por el motor y sistema de circulación de aire caliente del aire acondicionado. El modelo PHEV también cuenta con un sistema de circulación de refrigeración del motor. El sistema de circulación de la batería calienta o enfría principalmente la batería, el sistema de circulación del motor enfría principalmente el motor de accionamiento y el CIDD (controlador del motor de accionamiento), y el sistema de calefacción del aire acondicionado calienta o enfría principalmente el compartimento de pasajeros. Los principales componentes funcionales implicados incluyen bombas de agua electrónicas, válvulas solenoides de tres vías, válvulas solenoides de dos vías, PTC, intercambiadores de calor, separadores de líquido y gas, radiadores, calderas de expansión, tuberías de refrigeración y diversos soportes fijos. La bomba de agua electrónica se utiliza como fuente de energía, el refrigerante es el medio y la válvula solenoide controla la dirección del flujo, de modo que el medio de enfriamiento fluye a través del radiador y el cuerpo enfriado a lo largo de la tubería, disipándose y enfriándose mediante el intercambio de calor. , de modo que la temperatura de trabajo de las piezas funcionales se mantenga siempre dentro de un rango operativo ideal para maximizar el rendimiento. Independientemente de si se trata de un vehículo eléctrico puro o de un vehículo híbrido, el circuito de gestión térmica de la batería es independiente de otros sistemas. La razón principal es que el rango de temperatura de funcionamiento normal del paquete de baterías es bastante diferente al de otros sistemas. Por lo general, no se permite que la temperatura de funcionamiento del paquete de baterías supere los 35 grados, mientras que el motor de accionamiento suele funcionar a unos 55 grados y el rango de temperatura de funcionamiento del motor es de unos 95 grados, por lo que cada circuito debe funcionar de forma independiente.
Diferencias con la gestión térmica tradicional del automóvil
La gestión térmica de los automóviles tradicionales es única, sin complejos sistemas de control ni componentes. Su objetivo es únicamente garantizar que la temperatura del motor funcione siempre dentro de un rango ideal y para el pasajero.
Para proporcionar el calor necesario a la cabina de la tripulación, se aprovecha el calor residual generado por el motor, sin consumir energía adicional. Existen grandes diferencias en la estructura del sistema entre los vehículos de nueva energía y los vehículos tradicionales. También han aumentado los requisitos para la disposición e instalación de los componentes del sistema en todo el vehículo y las necesidades de espacio para la cabina son mayores. Los diferentes tipos de vehículos de nuevas energías tienen sus propias características. Diferentes características; En el caso de los vehículos eléctricos puros, no existe un motor como fuente de energía para la circulación del refrigerante y no se utiliza calor residual del motor. En los vehículos híbridos, debido a sus estrategias de control especiales, el motor no puede proporcionar energía para la circulación del refrigerante cuando no está funcionando, ni puede proporcionar la fuente de calor necesaria para el habitáculo en tiempo real. Por tanto, estructuralmente, los sistemas de gestión térmica de los vehículos de nuevas energías están diseñados con una bomba de agua electrónica independiente para proporcionar energía para la circulación del refrigerante. El aire caliente suele utilizar calefacción eléctrica. Un PTC de calefacción eléctrica independiente está diseñado para calentar el refrigerante. Recirculación al depósito de agua caliente del coche para proporcionar calor al habitáculo, que es el método habitual actualmente; También existe un método para calentar directamente el aire que pasa por la caja de evaporación y soplar el calor al interior del coche a través de un ventilador. Este método implica la seguridad del coche, actualmente poco utilizado.
Tipos de sistemas de gestión térmica de baterías.
Los diferentes métodos de gestión térmica de la batería implican diferentes números de piezas, estructuras y diseños. Se seleccionan diferentes tipos de sistemas de gestión térmica en función de los costos de desarrollo del vehículo, el peso del vehículo y los requisitos de espacio de diseño. Sus principales rutas técnicas incluyen los siguientes cinco tipos.
Tipo de enfriamiento directo
Conocido como tecnología de enfriamiento directo de batería, el sistema de enfriamiento directo tiene un evaporador de refrigeración incorporado dentro de la batería, que está conectado al sistema de aire acondicionado a través de tuberías. Cuando es necesario enfriar la batería, se utiliza un compresor para enviar el refrigerante comprimido al evaporador dentro de la batería y luego retira la batería. El calor interno logra un efecto refrescante. El sistema tiene las ventajas de una estructura compacta, un buen efecto de enfriamiento, una pequeña cantidad de piezas (solo se requiere una tubería de refrigeración de entrada y una salida) y un peso liviano. Sin embargo, las desventajas de este sistema son que no puede calentar la batería en condiciones de baja temperatura bajo cero, el agua condensada generada durante el proceso de refrigeración no está protegida y la uniformidad de la temperatura del refrigerante es difícil de controlar. El sistema de refrigeración tiene una vida corta y baja confiabilidad, y con frecuencia se producen fugas de refrigerante. Fugas, capacidad de refrigeración insuficiente y otras averías. Esta es la última tecnología de enfriamiento de baterías con una madurez relativamente baja. Se ha aplicado en modelos producidos en masa en el mercado como BYD y Tesla. Es una ruta técnica importante en el futuro.
Tipo de refrigeración por agua del radiador
El circuito de refrigeración del radiador es un circuito independiente, formado por un radiador, una bomba de agua electrónica, un calentador, etc., con anticongelante como medio. El anticongelante sale del radiador, pasa por la calefacción, luego a la batería y finalmente regresa al radiador. Este ciclo enfría y calienta la batería. El sistema tiene las ventajas de una estructura simple, bajo costo y ahorro de energía en ambientes de baja temperatura durante todo el año. Sin embargo, la eficiencia de disipación de calor de este sistema es baja y la temperatura del agua es alta en climas de alta temperatura en verano, por lo que no puede cumplir con las condiciones de funcionamiento en ambientes de alta temperatura.
Tipo de refrigeración por agua de refrigeración directa
Este sistema integra refrigeración directa y refrigeración por agua, y une el sistema de aire acondicionado y el sistema de refrigeración por agua a través del enfriador de batería (también llamado intercambiador de calor). Este sistema evita las deficiencias de los dos primeros métodos de enfriamiento y actualmente es uno de los sistemas de gestión térmica de baterías más utilizados. El sistema tiene más componentes que los dos primeros. El sistema es más complejo y requiere un espacio relativamente grande para la disposición de los componentes. El compresor tiene una carga pesada durante el funcionamiento, lo que consume mucha energía para todo el vehículo y es poco económico. Además, cuando falla parte del sistema de aire acondicionado, las necesidades de refrigeración de la batería no pueden satisfacerse al máximo.
Tipo híbrido refrigerado por agua
Este sistema se basa en el sistema de refrigeración por agua de refrigeración directa y añade un sistema de refrigeración por agua del radiador. Los dos están dispuestos en circuitos paralelos. Al controlar la válvula solenoide, se utilizan diferentes circuitos para enfriar la batería en diferentes condiciones. En ambientes de baja temperatura, sólo funciona el sistema de refrigeración por agua del radiador. Cuando esté en un ambiente de alta temperatura, cambie al sistema de refrigeración por agua de refrigeración directa para que funcione. En condiciones de trabajo duras, los dos sistemas pueden funcionar al mismo tiempo y la batería también puede obtener la máxima capacidad de enfriamiento, que básicamente puede cubrir todos los entornos de uso. Este sistema de enfriamiento es extremadamente complejo, tiene un alto costo, requiere un gran espacio de diseño del vehículo, tiene estrategias de control del sistema complejas y plantea un desafío para la estabilidad y confiabilidad. Este sistema también se utiliza en la mayoría de los modelos PHEV híbridos del mercado y cuenta con una tecnología madura.
Tipo de refrigeración por aire
Este sistema conduce directamente el aire frío desde la refrigeración del habitáculo a la batería a través del conducto y utiliza el aire frío para enfriar la batería. Las ventajas de este sistema son una estructura simple, una temperatura del aire frío controlable y un bajo costo del sistema. Sin embargo, también tiene las desventajas del sistema de refrigeración directa. El sistema no tiene función de calentamiento y el agua condensada generada en la superficie de la batería no es fácil de secar y existe riesgo de corrosión y contaminación dentro de la batería. Este tipo de método de gestión térmica generalmente no se recomienda.
