Nuevas directrices para la actualización de la tecnología de gestión térmica de vehículos de energías renovables

Gestión térmica de la batería

Durante el funcionamiento de la batería, la temperatura influye considerablemente en su rendimiento. Una temperatura demasiado baja puede provocar una disminución drástica de la capacidad y la potencia de la batería, e incluso un cortocircuito. La importancia de la gestión térmica de la batería es cada vez mayor, ya que una temperatura excesiva puede causar su descomposición, corrosión, incendio o incluso explosión. La temperatura de funcionamiento de la batería es un factor clave para determinar su rendimiento, seguridad y vida útil. En términos de rendimiento, una temperatura demasiado baja reduce la actividad de la batería, disminuyendo su rendimiento de carga y descarga, y reduciendo drásticamente su capacidad. La comparación reveló que, al descender la temperatura a 10 °C, la capacidad de descarga de la batería era del 93 % de la obtenida a temperatura normal; sin embargo, al descender a -20 °C, la capacidad de descarga era solo del 43 %.

Las investigaciones de Li Junqiu y otros autores mencionan que, desde el punto de vista de la seguridad, si la temperatura es demasiado alta, las reacciones secundarias de la batería se aceleran. Cuando la temperatura se acerca a los 60 °C, los materiales internos/sustancias activas de la batería se descomponen, produciéndose un "desbordamiento térmico" que provoca un aumento repentino de la temperatura, incluso hasta 400-1000 °C, lo que puede derivar en un incendio y una explosión. Si la temperatura es demasiado baja, la velocidad de carga de la batería debe mantenerse a un nivel inferior; de lo contrario, se producirá la descomposición del litio y un cortocircuito interno que podría provocar un incendio.

Desde la perspectiva de la vida útil de la batería, el impacto de la temperatura no puede ignorarse. La deposición de litio en baterías propensas a la carga a bajas temperaturas hará que la vida útil de la batería se degrade rápidamente a decenas de veces, y las altas temperaturas afectarán en gran medida la vida útil en calendario y la vida útil en ciclos de la batería. La investigación encontró que cuando la temperatura es de 23 ℃, la vida útil en calendario de la batería con un 80 % de capacidad restante es de aproximadamente 6238 días, pero cuando la temperatura sube a 35 ℃, la vida útil en calendario es de aproximadamente 1790 días, y cuando la temperatura alcanza los 55 ℃, la vida útil en calendario es de aproximadamente 6238 días. Solo 272 días.

Actualmente, debido a limitaciones técnicas y de costos, la gestión térmica de la batería (BTMS) no está unificado en el uso de medios conductores, y se puede dividir en tres vías técnicas principales: refrigeración por aire (activa y pasiva), refrigeración líquida y materiales de cambio de fase (PCM). La refrigeración por aire es relativamente simple, no tiene riesgo de fugas y es económica. Es adecuada para el desarrollo inicial de baterías LFP y campos de automóviles pequeños. El efecto de la refrigeración líquida es mejor que el de la refrigeración por aire, pero el costo es mayor. En comparación con el aire, el medio de refrigeración líquida tiene las características de gran capacidad calorífica específica y alto coeficiente de transferencia de calor, lo que compensa eficazmente la deficiencia técnica de la baja eficiencia de la refrigeración por aire. Es el principal plan de optimización de automóviles de pasajeros en la actualidad. Zhang Fubin señaló en su investigación que la ventaja de la refrigeración líquida es la rápida disipación de calor, que puede asegurar la temperatura uniforme del paquete de baterías, y es adecuada para paquetes de baterías con gran producción de calor; las desventajas son el alto costo, los estrictos requisitos de empaque, el riesgo de fugas de líquido y la estructura compleja. Los materiales de cambio de fase tienen ventajas tanto en eficiencia de intercambio de calor como en costo, y bajos costos de mantenimiento. La tecnología actual todavía está en etapa de laboratorio. La tecnología de gestión térmica de los materiales de cambio de fase aún no está completamente desarrollada, y representa la dirección de desarrollo con mayor potencial para la gestión térmica de las baterías en el futuro.

En general, la refrigeración líquida es la tecnología predominante en la actualidad, principalmente debido a:

(1) Por un lado, las baterías ternarias de alto contenido de níquel actuales tienen peor estabilidad térmica que las baterías de fosfato de hierro y litio, menor temperatura de fuga térmica (temperatura de descomposición, 750 °C para el fosfato de hierro y litio, 300 °C para las baterías ternarias de litio) y mayor producción de calor. Por otro lado, las nuevas tecnologías de aplicación de fosfato de hierro y litio, como la batería Blade de BYD y la tecnología CTP de Ningde, eliminan módulos, mejoran la utilización del espacio y la densidad de energía, e impulsan aún más la transición de la gestión térmica de la batería de la tecnología de refrigeración por aire a la tecnología de refrigeración líquida.

(2) Influenciados por la reducción de subsidios y la preocupación de los consumidores por la autonomía, esta sigue aumentando, y los requisitos de densidad energética de las baterías son cada vez mayores. La demanda de tecnología de refrigeración líquida con mayor eficiencia de transferencia de calor ha aumentado.

(3) Los modelos se están desarrollando en la dirección de modelos de gama media a alta, con un presupuesto de costos suficiente, búsqueda de comodidad, baja tolerancia a fallas de componentes y alto rendimiento, y la solución de refrigeración líquida está más en línea con los requisitos.

Independientemente de si se trata de un automóvil tradicional o un vehículo de nueva energía, la demanda de confort por parte de los consumidores es cada vez mayor, y la tecnología de gestión térmica del habitáculo se ha vuelto particularmente importante. En cuanto a los métodos de refrigeración, se utilizan compresores eléctricos en lugar de compresores convencionales para la refrigeración, y las baterías suelen estar conectadas a los sistemas de refrigeración del aire acondicionado. Los vehículos tradicionales adoptan principalmente el tipo de plato oscilante, mientras que los vehículos de nueva energía utilizan principalmente el tipo de vórtice. Este método tiene alta eficiencia, peso ligero, bajo nivel de ruido y es altamente compatible con la energía de la propulsión eléctrica. Además, la estructura es simple, el funcionamiento es estable y la eficiencia volumétrica es un 60% mayor que la del tipo de plato oscilante. %aproximadamente. En cuanto al método de calefacción, la calefacción PTC (Calentador de aire PTC/Calentador de refrigerante PTC) es necesario, y los vehículos eléctricos carecen de fuentes de calor de coste cero (como el refrigerante de los motores de combustión interna).