Tecnologías comunes de gestión térmica de baterías
para vehículos de nueva energía
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. 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.
1. 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 y 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 retirar 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 como BYD y Tesla en el mercado. Es una ruta técnica importante en el futuro, como se muestra en la Figura 1.
2. 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 ambientes climáticos de alta temperatura en verano, y no puede cumplir con las condiciones de operación en ambientes de alta temperatura, como se muestra en la Figura 2.
3. 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 anteriores. 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 enfriamiento de la batería no se pueden satisfacer al máximo, consulte la Figura 3.
4. 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, como se muestra en la Figura 4.
5. 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. Generalmente no se recomienda este tipo de método de gestión térmica; consulte la Figura 5.
