Gestión térmica de baterías de vehículos de pila de combustible

Aunque la pila de combustible todavía se encuentra principalmente en vehículos comerciales, los turismos son los únicos productos que Toyota, Honda y Hyundai tienen, pero como el artículo se centra en los turismos, y otros modelos de comparación también son turismos, aquí está el Toyota Mirai como ejemplo.

El sistema de gestión térmica de la pila de combustible se caracteriza por los tres puntos principales siguientes:

Requisitos de disipación de calor del reactor de pila de combustible
El reactor es el lugar donde se lleva a cabo la reacción hidrógeno-oxígeno y genera calor a la vez que produce electricidad. El aumento de temperatura contribuye a aumentar la potencia de descarga del reactor, pero el calor no se puede acumular, por lo que el agua del producto de la reacción y el refrigerante del reactor deben fluir juntos para disiparlo.

Además, el mantenimiento de la temperatura del reactor permite controlar eficazmente la potencia de salida para satisfacer las necesidades dinámicas del conductor en el sistema de propulsión. El calor generado por la electrónica de potencia del reactor y el inversor del motor puede utilizarse como parte de la calefacción de la cabina en invierno.

El problema del arranque en frío del reactor
El reactor de pila de combustible no puede proporcionar electricidad directamente a baja temperatura, por lo que necesita calentarse con calor externo antes de poder entrar en modo de funcionamiento normal.

En este punto, el circuito de disipación de calor mencionado anteriormente debe revertirse a un circuito de calefacción, y la conmutación aquí puede requerir una válvula de control de circuito similar a una válvula de dos vías de tres vías.

El calentamiento se puede realizar mediante un sistema externo.calentador eléctrico PTCLa batería proporciona energía eléctrica para calentar el reactor. Parece que también existe tecnología que permite que el reactor genere su propio calor, de modo que la energía generada por la reacción se convierte en calor para calentar el cuerpo del reactor.

Refrigeración de refuerzo
Esta parte es similar a la del coche híbrido mencionada anteriormente: para satisfacer la demanda de potencia del reactor, la cantidad de oxígeno reactivo también tiene cierta demanda, por lo que es necesario presurizar la entrada de aire para aumentar la densidad y, por consiguiente, el flujo másico de oxígeno. Por ello, se incorpora la refrigeración post-boost, que puede conectarse en serie en el mismo circuito de refrigeración, ya que el rango de temperatura es relativamente cercano al de los demás componentes.

Vehículos eléctricos puros
En definitiva, los vehículos eléctricos puros son los más populares en el mercado actual. Los principales fabricantes y proveedores de automóviles han llevado a cabo investigación y desarrollo en gestión térmica de vehículos eléctricos. A continuación, se presentan tres puntos principales que los diferencian de otros tipos de vehículos:

Preocupaciones sobre la distribución invernal
La mayor parte del mérito de la autonomía se debe a la densidad energética de la batería, el consumo eléctrico del vehículo y la resistencia al viento, que son aspectos de gestión no térmica, pero no tanto en invierno.

Para garantizar la comodidad en la cabina y el arranque en frío de la batería de alto voltaje, el sistema de gestión térmica consume mucha energía eléctrica y una reducción significativa de la autonomía en invierno ya es la norma.

La razón principal es que la generación de calor del sistema de propulsión de un vehículo eléctrico puro es mucho mayor que la del motor, la batería y la sensibilidad a la temperatura.

Soluciones actualmente comunes como el sistema de bomba de calor, el sistema de accionamiento de calor y el calor ambiental a través del ciclo del compresor para proporcionar la cabina y la batería, también existe el Weimar EX5 en el uso decalentadores diésel, el uso de una parte del calor de la combustión del diésel para proporcionar precalentamiento a la batería y a la cabina.Calentadores PTC), existe otra tecnología que es la de autocalentamiento de la batería, de manera que cuando se arranca la batería con una pequeña porción de energía se logra el calentamiento de cada unidad de batería, reduciendo así la dependencia de circuitos externos de intercambio de calor.