Gestión térmica de la batería del vehículo de pila de combustible

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

El sistema de gestión térmica de la pila de combustible presenta los siguientes tres puntos principales:

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

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

El problema del arranque en frío del reactor
El reactor de pila de combustible no puede suministrar electricidad directamente a bajas temperaturas, por lo que necesita ser calentado mediante calor externo antes de poder entrar en su modo de funcionamiento normal.

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

La calefacción se puede realizar mediante un sistema externo.Calentador eléctrico PTC, energía eléctrica para calefacción proveniente de la batería. Parece que también existe tecnología que permite al reactor generar su propio calor, de modo que la energía generada por la reacción se transforma en calor para calentar el cuerpo del reactor.

Refrigeración de refuerzo
Esta parte se asemeja un poco al caso del coche híbrido mencionado anteriormente: para satisfacer la demanda de potencia del reactor, también se requiere una cantidad determinada de oxígeno reactivo. Por lo tanto, es necesario presurizar la entrada de aire para aumentar la densidad y, en consecuencia, el flujo másico de oxígeno. Por este motivo, se implementa la refrigeración posterior al impulso, que puede conectarse en serie en el mismo circuito de refrigeración, ya que el rango de temperatura es relativamente similar al de los demás componentes.

Vehículos eléctricos puros
En definitiva, los vehículos eléctricos puros son los más populares en el mercado actual. Todos los principales fabricantes y proveedores de automóviles han realizado investigaciones y desarrollos en la gestión térmica de vehículos eléctricos. A continuación, se presentan tres puntos principales en los que se diferencia de otros tipos de vehículos:

Preocupaciones sobre los pastizales invernales
La mayor parte de la autonomía se debe a la densidad energética de la batería, al consumo eléctrico del vehículo y a la resistencia al viento, que son aspectos ajenos a la gestión térmica, aunque 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 es sensible a la temperatura.

Actualmente, las soluciones comunes como el sistema de bomba de calor, el calor del sistema de accionamiento y el calor ambiental a través del ciclo del compresor para proporcionar a la cabina y la batería, también está el Weimar EX5 en el uso decalentadores diésel, el uso de una porción del calor de combustión del diésel para proporcionar el precalentamiento de la batería y la cabina (Calentadores PTC), otra es la tecnología de autocalentamiento de la batería, de modo que cuando la batería se inicia con una pequeña porción de energía para lograr el calentamiento de cada unidad de batería, reduciendo así la dependencia de los circuitos de intercambio de calor externos.