Análisis del sistema de gestión térmica del medio de transferencia de calor de la batería de energía

Una de las tecnologías clave de los vehículos de nueva energía son las baterías eléctricas.La calidad de las baterías determina, por un lado, el coste de los vehículos eléctricos y, por otro, la autonomía de los vehículos eléctricos.Factor clave para la aceptación y rápida adopción.

Según las características de uso, los requisitos y los campos de aplicación de las baterías eléctricas, los tipos de investigación y desarrollo de baterías eléctricas 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 las que 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 calorífica de la batería y otros parámetros relacionados del módulo de batería de energía están estrechamente relacionados con la naturaleza de la batería.El calor liberado por la batería depende de la naturaleza y 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 se puede expresar mediante 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 se desarrolla según la ecuación de reacción, también existen algunas reacciones secundarias.Las reacciones secundarias típicas incluyen la descomposición de electrolitos 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 tanto, el calor total de una batería es la suma del calor de los siguientes aspectos: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

Dependiendo del proceso de carga (descarga) específico, 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 última etapa de carga de la batería, debido a la descomposición del electrolito, comienzan a ocurrir reacciones secundarias (el calor de la reacción secundaria es Qs), cuando la batería está casi completamente cargada y sobrecargada. Lo que sucede principalmente es la descomposición del electrolito, donde domina Qs. .El calor Joule Qj depende de la corriente y la resistencia.El método de carga comúnmente utilizado se realiza con 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 equivale a una corriente de decenas 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 controlabilidad de la gestión térmica, los sistemas de gestión térmica 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: almacenamiento térmico enfriado por aire, enfriado por líquido y de cambio de fase.

Gestión térmica con aire como medio de transferencia de calor.

El medio de transferencia de calor tiene un impacto significativo en el rendimiento y el costo del sistema de gestión térmica.El uso de aire como medio de transferencia de calor consiste en introducir directamente el aire para que fluya a través del módulo de batería para lograr el propósito de disipar el calor.Generalmente se requieren ventiladores, ventilación de entrada y salida y otros componentes.
Según las diferentes fuentes de entrada de aire, generalmente existen las siguientes formas:
1 Refrigeración pasiva con ventilación de aire exterior
2. Refrigeración/calefacción pasiva para la ventilación del aire del habitáculo
3. Refrigeración/calefacción activa del aire exterior o del habitáculo
La estructura del sistema pasivo es relativamente simple y utiliza directamente el entorno existente.Por ejemplo, si es necesario calentar la batería en invierno, se puede aprovechar el ambiente cálido del habitáculo para inhalar aire.Si la temperatura de la batería es demasiado alta durante la conducción y el efecto refrescante del aire en el habitáculo no es bueno, se puede inhalar aire frío del exterior para enfriar.

Para el sistema activo, es necesario establecer un sistema separado para proporcionar funciones de calefacción o refrigeración y controlarse de forma independiente según el estado de la batería, lo que también aumenta el consumo de energía y el coste del vehículo.La elección de diferentes sistemas depende principalmente de los requisitos de uso de la batería.

Gestión térmica con líquido como medio caloportador.

Para la transferencia de calor con líquido como medio, es necesario establecer una comunicación de transferencia de calor entre el módulo y el medio líquido, como una camisa de agua, para realizar calentamiento y enfriamiento indirectos en forma de convección y conducción de calor.El medio de transferencia de calor puede ser agua, etilenglicol o incluso refrigerante.También existe transferencia directa de calor al sumergir la pieza polar en el líquido del dieléctrico, pero se deben tomar medidas de aislamiento para evitar cortocircuitos.

La refrigeración líquida pasiva generalmente utiliza el intercambio de calor líquido-aire ambiente y luego introduce capullos en la batería para el intercambio de calor secundario, mientras que la refrigeración activa utiliza intercambiadores de calor de medio líquido refrigerante del motor o calefacción eléctrica/calentamiento de aceite térmico para lograr la refrigeración primaria.Calefacción, refrigeración primaria con aire de cabina/aire acondicionado medio refrigerante-líquido.
El sistema de gestión térmica con aire y líquido como medio requiere ventiladores, bombas de agua, intercambiadores de calor, calentadores (calentador de aire PTC), tuberías y otros accesorios hacen que la estructura sea demasiado grande y compleja, y también consume energía de la batería, matriz La densidad de potencia y la densidad de energía de la batería se reducen.
(refrigerante PTCcalentador) El sistema de refrigeración de la batería enfriado por agua utiliza refrigerante (50 % agua/50 % etilenglicol) para transferir calor de la batería al sistema de refrigeración del aire acondicionado a través del enfriador de la batería y luego al medio ambiente a través del condensador.Es fácil alcanzar una temperatura más baja después del intercambio de calor mediante el enfriador de la batería, 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 principales componentes del sistema frigorífico incluyen: condensador, compresor eléctrico, evaporador, válvula de expansión con válvula de cierre, enfriador de batería (válvula de expansión con válvula de cierre) y tuberías de aire acondicionado, etc.;El circuito de agua de refrigeración incluye:bomba de agua electrica, batería (incluidas placas de refrigeración), refrigeradores de batería, tuberías de agua, tanques de expansión y otros accesorios.