Modo de gestión térmica de vehículos eléctricos puros:
Enfriamiento por inmersión de batería
En las nuevas aplicaciones de electrificación de vehículos, es importante enfriar y calentar los componentes eléctricos para mantenerlos a temperaturas de funcionamiento óptimas, ya que esto garantiza su longevidad y rendimiento. Por tanto, es fundamental un sistema de gestión térmica adecuado. En otras palabras, es necesario diseñar un sistema de gestión térmica adecuado y específico para los componentes de electrificación utilizados.
Si la temperatura de funcionamiento de la batería es demasiado alta, puede provocar una pérdida de capacidad de la batería y, en casos extremos, una fuga térmica. Si la temperatura de funcionamiento de la batería es demasiado baja, puede provocar una reducción de la eficiencia de la batería, un aumento de la resistencia, una reducción de la capacidad de la batería y la formación de dendritas de litio (capa de revestimiento de litio). La capa de revestimiento de litio provocará un envejecimiento acelerado y fallos del núcleo de la batería.
El objetivo de la gestión térmica es garantizar que el sistema tenga un funcionamiento óptimo y temperaturas seguras. Para complicar aún más las cosas, la temperatura óptima de un sistema de batería puede cambiar según el modo de funcionamiento. La temperatura óptima durante la carga rápida puede ser diferente de la temperatura óptima al conducir o estacionar (estacionar).
Los sistemas de gestión térmica de baterías utilizados actualmente incluyen principalmente refrigeración por aire, refrigeración líquida indirecta, refrigeración líquida directa (también llamada refrigeración por inmersión) y materiales de cambio de fase.
Descripción de varios sistemas de refrigeración.
Los sistemas refrigerados por aire son los más utilizados porque son sencillos de diseñar, rentables y no presentan problemas de fugas. La refrigeración por aire se divide en tipo activo mediante convección forzada y tipo pasivo mediante convección natural. El aire tiene una pequeña capacidad calorífica y una baja conductividad térmica en comparación con medios como los líquidos, por lo que es poco probable que el enfriamiento por aire sea la tecnología elegida para la próxima generación de vehículos eléctricos con paquetes de baterías más grandes y carga más rápida.
La refrigeración líquida se puede dividir en dos métodos: indirecta y directa. El refrigerante tiene una mayor capacidad calorífica y una mayor conductividad térmica que el aire. La refrigeración líquida indirecta es actualmente una de las soluciones más comunes para la gestión térmica de baterías debido al control equilibrado de la temperatura. El refrigerante más utilizado es una mezcla de agua y etilenglicol. El principio del enfriamiento indirecto es permitir que el refrigerante fluya a través de canales en la parte inferior o lateral del módulo de celda/batería para transferir calor fuera del sistema.
La refrigeración se puede mejorar mediante el uso de materiales de interfaz térmica (TIM) específicos. La desventaja de la refrigeración líquida indirecta en comparación con la refrigeración por aire es la complejidad del sistema. Más piezas y canales/tubos pueden provocar más fallas, peso adicional y problemas de fugas.
Otra tecnología de refrigeración emergente es la refrigeración líquida directa, también llamada refrigeración por inmersión, que sumerge completamente la batería en un líquido dieléctrico. Este es un líquido no conductor con alta resistencia a fallas eléctricas. La introducción de esta tecnología significa que la complejidad del proceso de la batería y el diseño de los componentes se puede reducir considerablemente, lo que también ayuda a reducir el peso y el volumen del sistema y mejora significativamente la estabilidad y el equilibrio del control de temperatura de la batería. El enfriamiento por inmersión puede calentar o enfriar la batería según sea necesario sin el uso de un intercambiador de calor, lo que genera mejoras significativas en la eficiencia.
Las características del refrigerante juegan un papel importante en la gestión térmica y deben cumplir los siguientes requisitos:
Buen aislamiento eléctrico
Alta capacidad calorífica específica y alta conductividad térmica.
No inflamable y/o punto de inflamación alto
Fácil de producir y disponible en grandes cantidades.
Tiene un rango de temperatura de funcionamiento adecuado
Los líquidos tienen una larga vida útil.
Además de los requisitos anteriores, al seleccionar un refrigerante de inmersión adecuado también se deben tener en cuenta la compatibilidad del material, la baja densidad, la baja viscosidad y el respeto al medio ambiente.
