Investigación sobre tecnología de gestión térmica de baterías de litio para vehículos de nueva energía

1. Características de las baterías de litio para vehículos de nuevas energías

Las baterías de litio se caracterizan principalmente por su baja tasa de autodescarga, alta densidad energética, ciclos largos y alta eficiencia operativa. Utilizar baterías de litio como principal fuente de energía para nuevas energías equivale a obtener una buena fuente de energía. Por lo tanto, en la composición de los componentes principales de los vehículos de nuevas energías, el paquete de baterías de litio, relacionado con la celda, se ha convertido en su componente principal y la pieza clave que proporciona energía. Durante el funcionamiento de las baterías de litio, existen ciertos requisitos ambientales. Según los resultados experimentales, la temperatura óptima de funcionamiento se mantiene entre 20 °C y 40 °C. Una vez que la temperatura alrededor de la batería supera el límite especificado, su rendimiento y vida útil se reducen considerablemente. Debido a que la temperatura alrededor de la batería de litio es demasiado baja, la capacidad y la tensión de descarga final se desvían del estándar preestablecido, y se produce una caída brusca.

Si la temperatura ambiente es demasiado alta, la probabilidad de fuga térmica de la batería de litio aumentará considerablemente, y el calor interno se acumulará en un punto específico, causando graves problemas de acumulación de calor. Si esta parte del calor no se puede disipar correctamente, sumado al tiempo de funcionamiento prolongado de la batería de litio, esta es propensa a explotar. Este riesgo de seguridad representa una gran amenaza para la seguridad personal, por lo que las baterías de litio deben contar con dispositivos de refrigeración electromagnéticos para mejorar el rendimiento de seguridad del equipo en general durante su funcionamiento. Se puede observar que, al controlar la temperatura de las baterías de litio, los investigadores deben utilizar racionalmente dispositivos externos para disipar el calor y controlar la temperatura óptima de funcionamiento. Una vez que el control de temperatura alcance los estándares correspondientes, el objetivo de conducción segura de los vehículos de nueva energía prácticamente no se verá amenazado.

2. Mecanismo de generación de calor de la batería de litio de un vehículo de nueva energía

Aunque estas baterías pueden utilizarse como dispositivos de energía, en su aplicación práctica, las diferencias entre ellas son más evidentes. Algunas baterías presentan mayores desventajas, por lo que los fabricantes de vehículos de nueva energía deben elegir con cuidado. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido proporcionan suficiente energía para la rama central, pero causan graves daños al medio ambiente durante su funcionamiento, daños irreparables posteriormente. Por lo tanto, para proteger la seguridad ecológica, el país ha incluido las baterías de plomo-ácido en la lista de sustancias prohibidas. Durante su desarrollo, las baterías de níquel-hidruro metálico han obtenido buenas oportunidades, la tecnología de desarrollo ha madurado gradualmente y su ámbito de aplicación también se ha ampliado. Sin embargo, en comparación con las baterías de litio, sus desventajas son ligeramente evidentes. Por ejemplo, a los fabricantes de baterías convencionales les resulta difícil controlar el coste de producción de las baterías de níquel-hidruro metálico. Como resultado, el precio de las baterías de níquel-hidruro en el mercado se ha mantenido alto. Algunas marcas de vehículos de nueva energía que buscan una buena relación calidad-precio difícilmente las considerarán como piezas de automóvil. Más importante aún, las baterías de Ni-MH son mucho más sensibles a la temperatura ambiente que las baterías de litio y tienen mayor probabilidad de incendiarse debido a las altas temperaturas. Tras múltiples comparaciones, las baterías de litio destacan y ahora se utilizan ampliamente en vehículos de nueva energía.

La razón por la que las baterías de litio pueden proporcionar energía a los vehículos de nueva energía es precisamente porque sus electrodos positivo y negativo contienen materiales activos. Durante el proceso continuo de incrustación y extracción de materiales, se obtiene una gran cantidad de energía eléctrica, y luego, de acuerdo con el principio de conversión de energía, la energía eléctrica y la energía cinética Para lograr el propósito del intercambio, entregando así una fuerte potencia a los vehículos de nueva energía, puede lograr el propósito de caminar con el coche. Al mismo tiempo, cuando la celda de la batería de litio sufre una reacción química, tendrá la función de absorber calor y liberarlo para completar la conversión de energía. Además, el átomo de litio no es estático, puede moverse continuamente entre el electrolito y el diafragma, y ​​hay resistencia interna de polarización.

Ahora, el calor también se liberará adecuadamente. Sin embargo, la temperatura alrededor de la batería de litio de los vehículos de nueva energía es demasiado alta, lo que puede provocar fácilmente la descomposición de los separadores positivo y negativo. Además, la batería de litio de nueva energía está compuesta por varios paquetes de baterías. El calor generado por todos los paquetes de baterías supera con creces el de una sola batería. Cuando la temperatura supera un valor predeterminado, la batería es extremadamente propensa a explotar.

3. Tecnologías clave del sistema de gestión térmica de baterías

Tanto a nivel nacional como internacional, se ha prestado gran atención al sistema de gestión de baterías de vehículos de nueva energía, se han iniciado diversas investigaciones y se han obtenido numerosos resultados. Este artículo se centrará en la evaluación precisa de la energía restante de la batería del sistema de gestión térmica de baterías de vehículos de nueva energía, la gestión del equilibrio de la batería y las tecnologías clave aplicadas en el sector.sistema de gestión térmica.

3.1 Método de evaluación de la potencia residual del sistema de gestión térmica de la batería
Los investigadores han invertido mucha energía y esfuerzo en la evaluación del SOC, utilizando principalmente algoritmos de datos científicos como el método integral de amperios-hora, el método de modelos lineales, el método de redes neuronales y el método de filtro de Kalman para realizar numerosos experimentos de simulación. Sin embargo, al aplicar este método, suelen producirse errores de cálculo. Si el error no se corrige a tiempo, la diferencia entre los resultados de los cálculos será cada vez mayor. Para compensar esta deficiencia, los investigadores suelen combinar el método de evaluación Anshi con otros métodos para verificarse mutuamente y obtener los resultados más precisos. Con datos precisos, los investigadores pueden estimar con precisión la corriente de descarga de la batería.

3.2 Gestión equilibrada del sistema de gestión térmica de la batería
La gestión del equilibrio del sistema de gestión térmica de baterías se utiliza principalmente para coordinar el voltaje y la potencia de cada componente de la batería. Al utilizar diferentes baterías en diferentes componentes, la potencia y el voltaje serán diferentes. En este caso, se debe utilizar la gestión del equilibrio para eliminar la diferencia entre ambos. La técnica de gestión del equilibrio es actualmente la más utilizada.

Se divide principalmente en dos tipos: ecualización pasiva y ecualización activa. Desde el punto de vista de la aplicación, los principios de implementación de estos dos métodos de ecualización son bastante diferentes.

(1) Equilibrio pasivo. El principio de ecualización pasiva utiliza la relación proporcional entre la potencia y el voltaje de la batería, basándose en los datos de voltaje de una sola cadena de baterías. La conversión de ambos se logra generalmente mediante descarga resistiva: la energía de una batería de alta potencia genera calor mediante calentamiento por resistencia y luego se disipa en el aire para lograr la pérdida de energía. Sin embargo, este método de ecualización no mejora la eficiencia de la batería. Además, si la disipación de calor es desigual, la batería no podrá realizar la gestión térmica debido al sobrecalentamiento.

(2) Equilibrio activo. El equilibrio activo es una versión mejorada del equilibrio pasivo, que compensa sus desventajas. Desde el punto de vista del principio de implementación, el principio de ecualización activa no se refiere al principio de ecualización pasiva, sino que adopta un concepto completamente nuevo: la ecualización activa no convierte la energía eléctrica de la batería en energía térmica ni la disipa, de modo que la energía de alta energía se transfiere de la batería a la de baja energía. Además, este tipo de transmisión no viola la ley de conservación de la energía y ofrece las ventajas de bajas pérdidas, alta eficiencia de uso y resultados rápidos. Sin embargo, la estructura de la composición de la gestión del equilibrio es relativamente compleja. Si el punto de equilibrio no se controla correctamente, puede causar daños irreversibles al paquete de baterías debido a su tamaño excesivo. En resumen, tanto la gestión del equilibrio activo como la gestión del equilibrio pasivo tienen ventajas y desventajas. En aplicaciones específicas, los investigadores pueden tomar decisiones según la capacidad y el número de cadenas de paquetes de baterías de litio. Los paquetes de baterías de litio de baja capacidad y bajo número son adecuados para la gestión de ecualización pasiva, y los paquetes de baterías de litio de alta capacidad y alto número de potencia son adecuados para la gestión de ecualización activa.

3.3 Las principales tecnologías utilizadas en el sistema de gestión térmica de baterías
(1) Determinar el rango óptimo de temperatura de funcionamiento de la batería. El sistema de gestión térmica se utiliza principalmente para coordinar la temperatura alrededor de la batería. Por lo tanto, para garantizar su eficacia, se utiliza la tecnología clave desarrollada por investigadores para determinar su temperatura de funcionamiento. Mientras la temperatura de la batería se mantenga dentro de un rango adecuado, la batería de litio siempre estará en óptimas condiciones de funcionamiento, proporcionando suficiente energía para el funcionamiento de los vehículos de nueva energía. De esta manera, el rendimiento de la batería de litio de los vehículos de nueva energía siempre será excelente.

(2) Cálculo del rango térmico de la batería y predicción de temperatura. Esta tecnología implica un gran número de cálculos con modelos matemáticos. Los científicos utilizan los métodos de cálculo correspondientes para obtener la diferencia de temperatura dentro de la batería y, a partir de esta, predecir su posible comportamiento térmico.

(3) Selección del medio de transferencia de calor. El rendimiento superior del sistema de gestión térmica depende de la elección del medio de transferencia de calor. La mayoría de los vehículos de nueva energía actuales utilizan aire/refrigerante como medio de refrigeración. Este método de refrigeración es sencillo de operar, de bajo coste de fabricación y permite disipar el calor de la batería.Calentador de aire PTC/Calentador de refrigerante PTC)

(4) Diseño de ventilación y disipación de calor paralelas. Este diseño entre los paquetes de baterías de litio permite expandir el flujo de aire, distribuyéndolo uniformemente entre ellos, solucionando eficazmente la diferencia de temperatura entre los módulos.

(5) Selección del punto de medición del ventilador y la temperatura. En este módulo, los investigadores realizaron numerosos experimentos para realizar cálculos teóricos y, posteriormente, emplearon métodos de mecánica de fluidos para obtener los valores de consumo de energía del ventilador. Posteriormente, utilizarán elementos finitos para determinar el punto de medición de temperatura más adecuado y obtener datos precisos de la temperatura de la batería.