Como principal fuente de energía de los vehículos de nueva energía, las baterías son de vital importancia. Durante el uso del vehículo, la batería se enfrenta a condiciones de funcionamiento complejas y variables. Para mejorar la autonomía, el vehículo necesita alojar la mayor cantidad de baterías posible en un espacio determinado, por lo que el espacio para el paquete de baterías es muy limitado. La batería genera mucho calor durante el funcionamiento del vehículo, el cual se acumula en un espacio relativamente pequeño con el tiempo. Debido a la alta densidad de celdas en el paquete de baterías, la disipación del calor en la zona central se ve dificultada, lo que agrava la inconsistencia de temperatura entre las celdas. Esto reduce la eficiencia de carga y descarga de la batería y afecta su potencia, provocando un sobrecalentamiento que compromete la seguridad y la vida útil del sistema.
La temperatura de la batería influye enormemente en su rendimiento, vida útil y seguridad. A bajas temperaturas, la resistencia interna de las baterías de iones de litio aumenta y su capacidad disminuye. En casos extremos, el electrolito se congela y la batería no se puede descargar. El rendimiento del sistema de baterías a bajas temperaturas se ve gravemente afectado, lo que provoca una disminución de la potencia de salida de los vehículos eléctricos y una reducción de la autonomía. Al cargar vehículos de nueva energía en condiciones de baja temperatura, el sistema de gestión de baterías (BMS) generalmente calienta la batería a una temperatura adecuada antes de la carga. Si no se gestiona correctamente, puede producirse una sobrecarga de voltaje instantánea, lo que provoca un cortocircuito interno y, posteriormente, humo, fuego o incluso una explosión. El problema de seguridad de la carga a bajas temperaturas del sistema de baterías de los vehículos eléctricos limita en gran medida la promoción de los vehículos eléctricos en regiones frías.
La gestión térmica de la batería es una de las funciones más importantes del sistema de gestión de baterías (BMS), principalmente para mantener el paquete de baterías funcionando dentro de un rango de temperatura adecuado en todo momento, con el fin de preservar su óptimo estado de funcionamiento. La gestión térmica de la batería incluye principalmente las funciones de refrigeración, calefacción y ecualización de temperatura. Las funciones de refrigeración y calefacción se ajustan principalmente para compensar el posible impacto de la temperatura ambiente externa sobre la batería. La ecualización de temperatura se utiliza para reducir la diferencia de temperatura dentro del paquete de baterías y prevenir la degradación rápida causada por el sobrecalentamiento de alguna parte de la batería.
En términos generales, los sistemas de refrigeración de las baterías se dividen principalmente en tres categorías: refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración directa. La refrigeración por aire utiliza el aire natural o el aire fresco del habitáculo para que circule por la superficie de la batería, logrando así el intercambio de calor y la refrigeración. La refrigeración líquida generalmente utiliza un sistema de refrigeración independiente para calentar o enfriar la batería. Actualmente, este método es el más utilizado. Por ejemplo, Tesla y Volt emplean este sistema. El sistema de refrigeración directa elimina el sistema de refrigeración de la batería y utiliza directamente el refrigerante para enfriarla.
1. Sistema de refrigeración por aire:
En las primeras baterías de potencia, debido a su pequeña capacidad y densidad de energía, muchas baterías de potencia se enfriaban mediante refrigeración por aire. Refrigeración por aire (Calentador de aire PTC) se divide en dos categorías: refrigeración por aire natural y refrigeración por aire forzado (mediante ventilador), y utiliza el viento natural o el aire frío de la cabina para enfriar la batería.
Ejemplos típicos de sistemas de refrigeración por aire son el Nissan Leaf y el Kia Soul EV. Actualmente, las baterías de 48 V de los vehículos microhíbridos de 48 V suelen ubicarse en el habitáculo y se refrigeran mediante aire. La estructura del sistema de refrigeración por aire es relativamente sencilla, la tecnología está bastante madura y el coste es bajo. Sin embargo, debido a la limitada capacidad de disipación de calor del aire, su eficiencia de intercambio térmico es baja, la uniformidad de la temperatura interna de la batería no es óptima y resulta difícil lograr un control preciso de su temperatura. Por lo tanto, el sistema de refrigeración por aire suele ser adecuado para situaciones con autonomías reducidas y vehículos ligeros.
Cabe mencionar que, en un sistema de refrigeración por aire, el diseño del conducto de aire desempeña un papel fundamental en la eficacia de la refrigeración. Los conductos de aire se dividen principalmente en conductos en serie y conductos en paralelo. La estructura en serie es sencilla, pero presenta una mayor resistencia; la estructura en paralelo es más compleja y ocupa más espacio, pero ofrece una buena distribución uniforme del calor.
2. Sistema de refrigeración líquida
El modo de refrigeración líquida significa que la batería utiliza un líquido refrigerante para intercambiar calor (Calentador de refrigerante PTCEl refrigerante se puede dividir en dos tipos: los que pueden entrar en contacto directo con la celda de la batería (aceite de silicona, aceite de ricino, etc.) y los que entran en contacto con la celda de la batería (agua y etilenglicol, etc.) a través de canales de agua; actualmente, se utiliza más la solución mixta de agua y etilenglicol. El sistema de refrigeración líquida generalmente añade un enfriador para acoplarse al ciclo de refrigeración, y el calor de la batería se extrae a través del refrigerante; sus componentes principales son el compresor, el enfriador y elbomba de agua eléctricaComo fuente de energía para la refrigeración, el compresor determina la capacidad de intercambio de calor de todo el sistema. El enfriador actúa como intercambiador entre el refrigerante y el líquido refrigerante, y la cantidad de intercambio de calor determina directamente la temperatura de este último. La bomba de agua determina el caudal del refrigerante en la tubería. Cuanto mayor sea el caudal, mejor será el rendimiento de la transferencia de calor, y viceversa.
Fecha de publicación: 9 de agosto de 2024
