Descripción general de la tecnología de gestión térmica 1
1.1 Gestión térmica de la batería
La gestión térmica de la batería es un componente clave del sistema de gestión térmica de los vehículos eléctricos. Su objetivo principal es garantizar que la batería mantenga una temperatura de funcionamiento adecuada en diversas condiciones de funcionamiento para garantizar el rendimiento, la seguridad y la vida útil de la batería. La gestión térmica de la batería incluye principalmente dos aspectos: la disipación del calor y el calentamiento. A continuación, se explicarán los diferentes caminos técnicos para lograr estas dos funciones.
1.1.1 Disipación de calor de la batería
1) Refrigeración por aire. La refrigeración por aire es un método de disipación de calor relativamente simple y de bajo costo. Elimina el calor generado por la batería a través de convección natural o instalando un ventilador para forzar el flujo de aire. El sistema de refrigeración por aire se basa principalmente en el disipador de calor en la superficie del paquete de baterías para el intercambio de calor, lo que es adecuado para escenarios con requisitos de baja densidad de potencia o temperatura ambiente moderada. Sin embargo, debido a la pequeña capacidad calorífica específica del aire, la eficiencia de intercambio de calor es relativamente limitada y la capacidad de enfriamiento rápido para baterías de alta potencia y alta densidad de energía es débil.
2) Refrigeración líquida. La solución de refrigeración líquida utiliza refrigerante (como agua, solución de etilenglicol, etc.) como medio de transferencia de calor, que está en contacto directo con la batería a través de un tubo de circulación para lograr una conducción de calor eficiente. El sistema de refrigeración líquida puede controlar con precisión la temperatura de la batería, especialmente para vehículos eléctricos de alto rendimiento. Si bien evita eficazmente que la batería se sobrecaliente, garantiza que la temperatura de la batería se distribuya uniformemente, mejorando así la vida útil de la batería y el rendimiento general. Sin embargo, la refrigeración líquida tiene ciertas limitaciones. El sistema de refrigeración líquida es más complejo, existe el riesgo de fugas de líquido, existen ciertos requisitos para la resistencia a la corrosión del material y aumenta el costo de mantenimiento.
3) Disipación de calor del material de cambio de fase (PCM). Los materiales de cambio de fase pueden absorber una gran cantidad de calor latente durante el proceso de transición de fase sólido-líquido, logrando así un buen efecto de disipación de calor. Cuando se aplica a la gestión térmica de la batería, el PCM se puede envolver alrededor de la batería o incrustarse en el módulo de la batería para absorber el calor cuando la temperatura de la batería aumenta, lo que desempeña un papel en la liberación lenta del calor. La ventaja de la disipación de calor del PCM es su característica de temperatura constante, que evita que la temperatura de la batería aumente repentinamente, pero las desventajas también son relativamente obvias. Su conductividad térmica es relativamente pobre, la velocidad de respuesta es lenta y el costo del material es alto.
4) Disipación de calor mediante tubos de calor. Los tubos de calor pueden transferir calor mediante el uso del proceso de cambio de fase del fluido de trabajo sin entrada de energía externa para lograr una conductividad térmica eficiente. En aplicaciones de gestión térmica de baterías, los tubos de calor pueden transferir rápidamente el calor desde puntos calientes locales y mejorar la consistencia de la temperatura de todo el paquete de baterías. Los tubos de calor tienen las ventajas de una alta eficiencia de transferencia de calor, un tamaño pequeño y un peso ligero, pero su estructura es compleja, el costo de fabricación es relativamente alto y se debe prestar atención al diseño de un extremo de condensación adecuado para garantizar la eficiencia de disipación de calor.
5) Disipación de calor por enfriamiento directo. El enfriamiento directo se refiere principalmente al medio de enfriamiento (generalmente líquido) que fluye directamente a través del módulo o la celda de la batería para controlar de manera efectiva la temperatura de funcionamiento de la batería. Este diseño permite que la superficie de la batería disipe el calor rápidamente, lo que es particularmente adecuado para situaciones de alta temperatura y alta demanda de energía. Sin embargo, el enfriamiento directo tiene requisitos extremadamente altos para el sellado y, una vez que el refrigerante se filtra, puede causar serios riesgos de seguridad.
1.1.2 Calentamiento de la batería
1) Calefacción PTC. El calentador de coeficiente de temperatura positivo (PTC) se basa en el efecto del coeficiente de temperatura positivo, es decir, la resistencia aumenta con la temperatura. Por lo tanto, puede proporcionar una salida de calor estable en un entorno de baja temperatura al tiempo que limita automáticamente su propia temperatura para que no sea demasiado alta. La calefacción PTC se utiliza ampliamente en vehículos eléctricos para la comodidad, como la calefacción de los asientos y la calefacción auxiliar del sistema de aire acondicionado del coche. Debido a sus características de autorregulación, puede proporcionar efectos de calefacción estables y eficientes al tiempo que evita los problemas causados por el sobrecalentamiento. Es una tecnología de calefacción eficiente. Sin embargo, la calefacción PTC es calefacción eléctrica, lo que aumentará el consumo total de energía de los vehículos eléctricos y reducirá la autonomía de conducción.
2) Calefacción con bomba de calor. El sistema de aire acondicionado con bomba de calor absorbe el calor de baja temperatura del ambiente externo a través del ciclo de Carnot inverso y lo transfiere a la batería y al habitáculo mediante el proceso de compresión y liberación de calor. En comparación con el método de calefacción PTC tradicional, la bomba de calor es más eficiente energéticamente en entornos de baja temperatura, lo que ayuda a mantener el rendimiento del vehículo. Sin embargo, el diseño y el funcionamiento de los sistemas de bomba de calor son más complicados, especialmente en condiciones de temperatura extremadamente baja, donde su rendimiento disminuirá. Por este motivo, algunos estudios han propuesto tecnologías innovadoras como el aumento de la entalpía de inyección de aire y las bombas de calor de doble fuente para optimizar el rendimiento de la bomba de calor en temperaturas ambientales bajas.
