Soluciones de gestión térmica para sistemas de baterías

No cabe duda de que la temperatura influye decisivamente 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 (si bien el almacenamiento a baja temperatura puede prolongar la vida útil de la batería, no tiene mucho sentido aplicarlo en la práctica, y en este sentido, las baterías son muy parecidas a las personas).

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

· Refrigeración natural
La refrigeración natural no requiere 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 baterías LFP. Se entiende que en el futuro BYD optará por la refrigeración líquida para los modelos que utilizan 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 pasiva por aire, que utiliza directamente el aire exterior para el intercambio de calor. El segundo tipo es la refrigeración activa por aire, que precalienta o enfría el aire exterior antes de que entre en el sistema de baterías. En sus inicios, muchos modelos eléctricos japoneses y coreanos utilizaban soluciones de refrigeración por aire.

Refrigeración líquida
La refrigeración líquida utiliza anticongelante (como el etilenglicol) como medio de transferencia de calor. Generalmente hay varios circuitos de intercambio de calor diferentes en la solución. Por ejemplo, VOLT tiene un circuito de radiador, 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 la batería necesita calentarse a baja temperatura, el circuito de refrigeración del motor se conecta en serie con el circuito de refrigeración de la batería, permitiendo que el motor la caliente. Cuando la batería alcanza una temperatura elevada, ambos circuitos se ajustan en paralelo, disipando 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 un refrigerante (material de cambio de fase) como medio de intercambio de calor. Este refrigerante absorbe una gran cantidad de calor durante la transición de fase gas-líquido. En comparación con otros refrigerantes, la eficiencia de transferencia de calor se triplica, y la batería se puede reemplazar más rápidamente. El calor dentro del sistema se disipa. Este sistema de refrigeración directa se ha utilizado en el BMW i3.

 

Además de la eficiencia de refrigeración, el sistema de gestión térmica de la batería debe considerar la uniformidad de la temperatura de todas las baterías. Un paquete de baterías (PACK) tiene cientos de celdas, y el sensor de temperatura no puede detectar cada una. Por ejemplo, un módulo del Tesla Model S contiene 444 baterías, pero solo dispone de dos puntos de detección de temperatura. Por lo tanto, es necesario lograr la máxima uniformidad posible en la temperatura de la batería mediante un diseño de gestión térmica eficiente. Una buena uniformidad de temperatura es fundamental para obtener parámetros de rendimiento consistentes, como la potencia, la vida útil y el estado de carga (SOC) de la batería.