Soluciones de gestión térmica para sistemas de baterías

Sin duda, el factor temperatura tiene un impacto crucial en el rendimiento, la vida útil y la seguridad de las baterías. En general, se espera que el sistema de baterías funcione en un rango de 15 a 35 °C para lograr la mejor potencia de entrada y salida, la máxima energía disponible y la mayor vida útil (aunque el almacenamiento a baja temperatura puede prolongar la vida útil de la batería, no tiene mucho sentido en las aplicaciones, y las baterías son muy similares a las personas en este aspecto).

Actualmente, la gestión térmica de los sistemas de baterías de energía se divide principalmente en cuatro categorías: refrigeración natural, refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración directa. La refrigeración natural es un método pasivo de gestión térmica, mientras que la refrigeración por aire, la refrigeración líquida y la corriente continua son activas. La principal diferencia entre estas tres radica en el medio de intercambio de calor.

· Refrigeración natural
La refrigeración libre no cuenta con dispositivos adicionales para el intercambio de calor. Por ejemplo, BYD ha adoptado la refrigeración natural en los modelos Qin, Tang, Song, E6, Tengshi y otros que utilizan celdas LFP. Se entiende que BYD adoptará refrigeración líquida en los modelos que utilicen baterías ternarias.

· Refrigeración por aire (Calentador de aire PTC)
La refrigeración por aire utiliza el aire como medio de transferencia de calor. Existen dos tipos comunes. El primero se denomina refrigeración por aire pasiva, que utiliza directamente el aire externo para el intercambio de calor. El segundo tipo es la refrigeración por aire activa, que puede precalentar o enfriar el aire exterior antes de entrar en el sistema de baterías. Inicialmente, muchos modelos eléctricos japoneses y coreanos utilizaban soluciones de refrigeración por aire.

· Refrigeración líquida
La refrigeración líquida utiliza anticongelante (como etilenglicol) como medio de transferencia de calor. Generalmente, la solución cuenta con múltiples circuitos de intercambio de calor. Por ejemplo, VOLT tiene un circuito de radiador y un circuito de aire acondicionado.Aire acondicionado PTC), y un circuito PTC (Calentador de refrigerante PTCEl sistema de gestión de la batería responde, se ajusta y conmuta según la estrategia de gestión térmica. El TESLA Model S cuenta con un circuito en serie con el sistema de refrigeración del motor. Cuando es necesario calentar la batería a baja temperatura, el circuito de refrigeración del motor se conecta en serie con el de la batería, lo que permite que el motor la caliente. Cuando la batería de potencia está a alta temperatura, los circuitos de refrigeración del motor y de la batería se ajustan en paralelo, y ambos sistemas de refrigeración disipan el calor de forma independiente.

1. Condensador de gas

2. Condensador secundario

3. Ventilador del condensador secundario

4. Ventilador del condensador de gas

5. Sensor de presión del aire acondicionado (lado de alta presión)

6. Sensor de temperatura del aire acondicionado (lado de alta presión)

7. Compresor electrónico del aire acondicionado

8. Sensor de presión del aire acondicionado (lado de baja presión)

9. Sensor de temperatura del aire acondicionado (lado de baja presión)

10. Válvula de expansión (enfriador)

11. Válvula de expansión (evaporador)

· Refrigeración directa
La refrigeración directa utiliza refrigerante (material de cambio de fase) como medio de intercambio de calor. El refrigerante puede absorber una gran cantidad de calor durante el proceso de transición de fase gas-líquido. En comparación con el refrigerante, la eficiencia de transferencia de calor puede triplicarse y la batería se puede reemplazar con mayor rapidez. El calor del sistema se disipa. El sistema de refrigeración directa se ha utilizado en el BMW i3.

 

Además de la eficiencia de refrigeración, el esquema de gestión térmica del sistema de baterías debe considerar la consistencia de la temperatura de todas ellas. El PACK tiene cientos de celdas, y el sensor de temperatura no puede detectarlas todas. Por ejemplo, hay 444 baterías en un módulo de un Tesla Model S, pero solo se han dispuesto dos puntos de detección de temperatura. Por lo tanto, es necesario lograr la máxima consistencia de la batería mediante un diseño de gestión térmica. Una buena consistencia de la temperatura es fundamental para obtener parámetros de rendimiento consistentes, como la potencia, la vida útil y el estado de carga de la batería.