Una de las tecnologías clave de los vehículos de nuevas energías son las baterías. La calidad de las baterías determina, por un lado, el coste de los vehículos eléctricos y, por otro, su autonomía. Este factor es clave para su rápida aceptación y adopción.
De acuerdo con las características de uso, los requisitos y los campos de aplicación de las baterías de energía, los tipos de investigación y desarrollo de baterías de energía en el país y en el extranjero son aproximadamente: baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de iones de litio, pilas de combustible, etc., entre los cuales el desarrollo de baterías de iones de litio recibe la mayor atención.
Comportamiento de generación de calor de la batería de energía
La fuente de calor, la tasa de generación de calor, la capacidad térmica de la batería y otros parámetros relacionados del módulo de batería de potencia están estrechamente relacionados con la naturaleza de la batería. El calor liberado por la batería depende de la naturaleza y las características químicas, mecánicas y eléctricas de la batería, especialmente de la naturaleza de la reacción electroquímica. La energía térmica generada en la reacción de la batería puede expresarse por el calor de reacción de la batería Qr; la polarización electroquímica hace que el voltaje real de la batería se desvíe de su fuerza electromotriz de equilibrio, y la pérdida de energía causada por la polarización de la batería se expresa por Qp. Además de que la reacción de la batería proceda según la ecuación de reacción, también hay algunas reacciones secundarias. Las reacciones secundarias típicas incluyen la descomposición del electrolito y la autodescarga de la batería. El calor de reacción secundaria generado en este proceso es Qs. Además, debido a que cualquier batería inevitablemente tendrá resistencia, se generará calor Joule Qj cuando pase la corriente. Por lo tanto, el calor total de una batería es la suma del calor de los siguientes aspectos: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Dependiendo del proceso específico de carga (descarga), los principales factores que hacen que la batería genere calor también son diferentes. Por ejemplo, cuando la batería está normalmente cargada, Qr es el factor dominante; y en la etapa posterior de la carga de la batería, debido a la descomposición del electrolito, comienzan a ocurrir reacciones secundarias (el calor de reacción secundaria es Qs), cuando la batería está casi completamente cargada y sobrecargada, lo que ocurre principalmente es la descomposición del electrolito, donde Qs domina. El calor Joule Qj depende de la corriente y la resistencia. El método de carga comúnmente utilizado se lleva a cabo bajo corriente constante, y Qj es un valor específico en este momento. Sin embargo, durante el arranque y la aceleración, la corriente es relativamente alta. Para HEV, esto es equivalente a una corriente de decenas de amperios a cientos de amperios. En este momento, el calor Joule Qj es muy grande y se convierte en la principal fuente de liberación de calor de la batería.
Desde la perspectiva de la capacidad de control de la gestión térmica, los sistemas de gestión térmica (HVH) se pueden dividir en dos tipos: activos y pasivos. Desde la perspectiva del medio de transferencia de calor, los sistemas de gestión térmica se pueden dividir en: refrigerados por aire (Calentador de aire PTC), refrigerado por líquido(Calentador de refrigerante PTC) y almacenamiento térmico por cambio de fase.
Para la transferencia de calor con refrigerante (calentador de refrigerante PTC) como medio, es necesario establecer una comunicación de transferencia de calor entre el módulo y el medio líquido, como una camisa de agua, para generar calor y enfriamiento indirectos por convección y conducción térmica. El medio de transferencia de calor puede ser agua, etilenglicol o incluso refrigerante. También se puede lograr transferencia de calor directa sumergiendo la pieza polar en el líquido del dieléctrico, pero se deben tomar medidas de aislamiento para evitar cortocircuitos.
La refrigeración pasiva por refrigerante generalmente utiliza el intercambio de calor líquido-aire ambiente y luego introduce encapsulamientos en la batería para el intercambio de calor secundario. Mientras que la refrigeración activa utiliza intercambiadores de calor de refrigerante del motor-medio líquido, o calefacción eléctrica PTC/calentamiento de aceite térmico para lograr la refrigeración primaria. Calefacción y refrigeración primaria con aire acondicionado/aire acondicionado de cabina de pasajeros con medio refrigerante-líquido.
Para los sistemas de gestión térmica que utilizan aire y líquido como medio, la estructura es demasiado grande y compleja debido a la necesidad de ventiladores, bombas de agua, intercambiadores de calor, calentadores, tuberías y otros accesorios, y también consume energía de la batería y reduce la densidad de energía de la batería.
El sistema de refrigeración de la batería refrigerada por agua utiliza refrigerante (50 % agua/50 % etilenglicol) para transferir el calor de la batería al sistema de refrigeración del aire acondicionado a través del enfriador de la batería y, luego, al ambiente a través del condensador. La temperatura del agua de entrada de la batería es enfriada por la batería. Es fácil alcanzar una temperatura más baja después del intercambio de calor, y la batería se puede ajustar para funcionar en el mejor rango de temperatura de trabajo; el principio del sistema se muestra en la figura. Los componentes principales del sistema de refrigeración incluyen: condensador, compresor eléctrico, evaporador, válvula de expansión con válvula de cierre, enfriador de la batería (válvula de expansión con válvula de cierre) y tuberías del aire acondicionado, etc.; el circuito de agua de refrigeración incluye: bomba de agua eléctrica, batería (incluidas las placas de refrigeración), enfriadores de batería, tuberías de agua, tanques de expansión y otros accesorios.
Hora de publicación: 27 de abril de 2023
