Sistema de gestión térmica de baterías (BTMS)
El Sistema de Gestión Térmica de la Batería (BTMS) es uno de los sistemas centrales de un vehículo eléctrico y afecta directamente la seguridad, el rendimiento y la vida útil de todo el vehículo.
I. Por qué las baterías necesitan gestión térmica
Las baterías eléctricas, especialmente las de iones-litio, dependen en gran medida de la temperatura de funcionamiento para su rendimiento, vida útil y seguridad.
Rango de funcionamiento óptimo
El rango de temperatura de funcionamiento ideal para las baterías suele estar entre 15 y 40 grados, siendo el rango óptimo aproximadamente entre 20 y 35 grados.
Peligros de alta temperatura
Las temperaturas excesivamente altas (por ejemplo, superiores a 60 grados) aceleran la disminución de la capacidad de la batería, aumentan la resistencia interna y, en casos extremos, pueden provocar una fuga térmica, lo que provoca incendios y explosiones.
Peligros de baja temperatura
Las temperaturas excesivamente bajas reducen la velocidad de las reacciones químicas internas dentro de la batería, lo que resulta en una fuerte caída en la capacidad y la producción de energía, dificultades de carga y potencialmente deposición de litio, lo que daña la batería.
Peligros de diferencia de temperatura
La distribución desigual de la temperatura (diferencia de temperatura excesiva) entre las celdas o módulos dentro del paquete de baterías genera un rendimiento inconsistente, acelera el envejecimiento de todo el paquete de baterías y limita su capacidad utilizable.
Por lo tanto, un sistema de gestión térmica eficiente tiene como objetivo mantener la temperatura de la batería dentro de su ventana óptima y minimizar la diferencia máxima de temperatura dentro del paquete de baterías (idealmente menor o igual a 3 grados).
II. Cómo funciona el sistema térmico
El sistema de gestión térmica líquida utiliza refrigerante circulante como medio para disipar el calor o calentar la batería.
Función de enfriamiento
Absorción de calor: Impulsado por una bomba eléctrica, el refrigerante fluye a través de placas de refrigeración líquida dentro del paquete de baterías (generalmente en contacto con los módulos de la batería), absorbiendo el calor generado por la batería.
Disipación de calor: el refrigerante de alta-temperatura, después de haber absorbido calor, se bombea al radiador delantero (-enfriado por aire) o intercambia calor con el sistema de aire acondicionado del vehículo (a través de un intercambiador de calor de refrigeración), disipando el calor en el aire exterior.
Circulación: el refrigerante enfriado regresa al paquete de baterías, comenzando el siguiente ciclo.
Función de calefacción
Cuando la temperatura de la batería es demasiado baja, el sistema puede calentar el refrigerante mediante un calentador PTC (termistor de coeficiente de temperatura positivo).
El refrigerante calentado fluye a través de las placas de refrigeración líquida, actuando como una "bolsa de agua caliente" para calentar la batería.
Algunos sistemas avanzados también pueden utilizar el calor residual generado por el sistema de propulsión eléctrica, recuperándolo a través de intercambiadores de calor de placas para calentar la batería, mejorando así la eficiencia energética.
III. Componentes clave del sistema
Un sistema típico de gestión térmica de líquidos consta principalmente de los siguientes componentes:
Placa de refrigeración líquida: el componente central de intercambio de calor en contacto directo con el módulo de batería, normalmente hecho de aluminio con un diseño de canal de flujo interno. Su diseño debe equilibrar la potencia de disipación de calor, la confiabilidad y el peso ligero.
Refrigerante: Requiere alta conductividad térmica, aislamiento (para evitar cortocircuitos), baja viscosidad, un amplio rango de temperaturas de funcionamiento y buena compatibilidad de materiales. Comúnmente se usan mezclas de etilenglicol-agua (la proporción se ajusta según los requisitos del anticongelante), aunque a veces también se usan alcoholes orgánicos puros y otros fluidos dieléctricos.
Bomba eléctrica: Proporciona energía para la circulación del refrigerante. Su velocidad suele ser ajustable para lograr-suministro bajo demanda y reducir el consumo de energía.
Intercambiador de calor (Chiller): Intercambiador de calor que conecta el circuito de refrigeración y el circuito de refrigeración del aire acondicionado, utilizado para mejorar la refrigeración.
Radiador: Ubicado en la parte delantera del vehículo, disipa el calor del refrigerante a través del flujo de aire.
Intercambiador de calor de placas: Se utiliza para el intercambio de calor entre diferentes circuitos, como por ejemplo para la recuperación de calor residual.
Calentador PTC: dispositivo que calienta el refrigerante cuando se requiere calentamiento.
Cuerpo de la válvula (p. ej., válvula de tres-vías, válvula solenoide): controla la dirección del flujo del refrigerante, lo que permite cambiar entre diferentes modos (p. ej., cambiar entre los modos de refrigeración y calefacción, o entre diferentes fuentes de calor).
Depósito: Compensa la expansión y contracción del refrigerante por cambios de temperatura, y facilita el llenado y purga.
Sensores y unidad de control: Los sensores de temperatura controlan la temperatura de la batería y del refrigerante en tiempo real. El controlador de gestión térmica del Sistema de gestión de batería (BMS) es el cerebro que controla de forma inteligente el funcionamiento de actuadores como bombas, calentadores PTC, válvulas y compresores de aire acondicionado en función de las señales de temperatura y el estado del vehículo mediante algoritmos.
