Debat sobre la tecnologia de gestió tèrmica de les bateries de vehicles d'energia nova
Les bateries d'energia són la principal font d'energia per als vehicles d'energia nova. Les bateries generen molta calor durant el funcionament del vehicle i, a mesura que passa el temps, la calor s'acumula en un espai relativament petit. A causa de l'apilament dens de cèl·lules a la bateria, també és més difícil dissipar la calor a la zona mitjana fins a cert punt, cosa que agreuja la inconsistència de temperatura entre les cèl·lules. Com a resultat, l'eficiència de càrrega i descàrrega de la bateria es reduirà, afectant la potència de la bateria. En casos greus, també provocarà una fuga tèrmica, afectant la seguretat i la vida útil del sistema. Especialment pel que fa a la gestió de la temperatura, la fuga tèrmica de la bateria pot provocar incendis i degradació del rendiment. Per tant, la investigació sobre la tecnologia de gestió tèrmica de les bateries de vehicles d'energia nova és de gran importància per al desenvolupament de vehicles d'energia nova.
1. Components bàsics del sistema de gestió tèrmica del vehicle
El sistema de gestió tèrmica dels vehicles d'energia nova inclou quatre parts: sistema de bateries, sistema de motor, sistema d'aire condicionat i altres components. En comparació amb la gestió tèrmica dels vehicles de combustible tradicionals, el sistema de gestió tèrmica dels vehicles de nova energia és més complex. El sistema de bateries és un component vital dels vehicles d'energia nova. Els enginyers han de començar amb la gestió tèrmica del sistema de bateries per dissenyar un bon sistema de gestió tèrmica per a tot el vehicle.
Des del naixement dels vehicles de nova energia, experts i estudiosos d'indústries relacionades han realitzat moltes investigacions sobre la dissipació de calor de les seves bateries i han aconseguit molts resultats. El mètode de refrigeració principal de la gestió tèrmica de la bateria ha canviat de refrigeració per aire a refrigeració líquida, refrigeració de material de canvi de fase i refrigeració de tubs de calor. A continuació s'analitzen les tecnologies de refrigeració com ara la refrigeració per aire, la refrigeració líquida, la refrigeració de material de canvi de fase i la refrigeració de tubs de calor.
2.1 Refrigeració per aire
La refrigeració per aire és un mètode de dissipació de calor que utilitza l'aire com a mitjà i utilitza la convecció de calor a l'aire per permetre que la bateria intercanviï directament la calor amb l'aire, reduint així la temperatura de la bateria. La refrigeració per aire es pot dividir en refrigeració natural i refrigeració forçada segons si s'utilitza un ventilador. La refrigeració d'aire natural s'utilitza sense ventilador; La refrigeració per aire forçat s'utilitza amb un ventilador. Un gran nombre d'estudis han demostrat que l'efecte de dissipació de calor de la refrigeració per aire forçat és molt superior al de la refrigeració per aire natural.
La refrigeració per aire també es pot dividir en refrigeració en sèrie i refrigeració paral·lela segons diferents estructures de dissipació de calor. En el mètode de refrigeració en sèrie, el flux d'aire entra per un costat i surt per l'altre costat. Aquest mètode provocarà un refredament deficient de les bateries lluny del canal d'entrada d'aire, una dissipació de calor desigual de les bateries i grans diferències de temperatura a les bateries; en el mètode de refrigeració paral·lel, el flux d'aire generalment entra per la part inferior i surt per la part superior. Com es pot veure a la figura, el flux d'aire de refrigeració pot fluir bàsicament per la superfície de cada bateria, de manera que la diferència de temperatura entre cada bateria serà menor que la de la refrigeració en sèrie, però també comporta el problema de la distribució desigual de la calor.
2.2 Refrigeració líquida
La tecnologia de refrigeració líquida de la bateria d'alimentació és una de les tecnologies de gestió tèrmica. Aquesta tecnologia sol utilitzar un refrigerant amb un coeficient de transferència de calor elevat per permetre que la bateria intercanviï calor amb el refrigerant, reduint així la temperatura de la bateria.
Es va comparar i analitzar el rendiment de la dissipació de calor dels paquets de bateries refrigerats per aire i líquids. Els resultats mostren que la temperatura màxima de la bateria és més baixa i la consistència de la temperatura és millor en el sistema de refrigeració líquida. La refrigeració líquida és un mètode de dissipació de calor extremadament eficaç i el seu coeficient de transferència de calor és superior al de la refrigeració per aire. El sistema de refrigeració líquida dels vehicles elèctrics es pot dividir en contacte directe i contacte indirecte segons la forma de contacte entre el líquid aïllant i la bateria. La forma d'immersió de la pila o mòdul de la bateria en el líquid per a l'intercanvi de calor és la forma de contacte directe; a més, es pot establir un canal de refrigeració entre els mòduls de la bateria o es pot utilitzar una placa de refrigeració a la part inferior de la bateria. La calor de la bateria es transfereix al refrigerant a través de la placa de refrigeració. Aquesta forma de refrigeració líquida és de contacte indirecte. Aquestes dues formes tenen requisits elevats per a l'estanquitat del sistema de refrigeració líquida. A més, els requisits de resistència mecànica són elevats i s'han de garantir la resistència a les vibracions i els requisits de vida útil del sistema de refrigeració.
El sistema de refrigeració líquida del vehicle elèctric es compon principalment de refrigerant, placa de refrigeració, bomba d'aigua electrònica, sensor de temperatura, radiador, etc. El compressor, com a font d'energia de refrigeració, determina la capacitat d'intercanvi de calor de tot el sistema. El refrigerador (dispositiu de refrigeració) té el paper d'intercanviar refrigerant i refrigerant, i la quantitat d'intercanvi de calor determina directament la temperatura del refrigerant. La bomba d'aigua determina el cabal del refrigerant a la canonada. Com més ràpid sigui el cabal, millor serà el rendiment de l'intercanvi de calor i viceversa.
2.3 Refrigeració del material de canvi de fase
La tecnologia de dissipació de calor del material de canvi de fase (PCM) utilitza el principi que els materials de canvi de fase absorbeixen calor quan pateixen un canvi de fase. El material de canvi de fase es col·loca al voltant de la bateria i arriba a la temperatura de canvi de fase en determinades condicions. El material de canvi de fase experimenta un canvi de fase i absorbeix la calor generada quan la bateria funciona, evitant així de manera efectiva el procés de sobreescalfament del mòdul de la bateria. Com que el procés de canvi de fase és un procés de temperatura constant, la temperatura de la bateria es pot mantenir a prop de la temperatura de canvi de fase del material de canvi de fase, evitant així que la temperatura de la bateria continuï augmentant. Tanmateix, l'ús de la refrigeració del material de canvi de fase requereix atenció als problemes de segellat i augmentarà el volum de la bateria i reduirà la densitat d'energia. A més, la funció de conservació de la calor només es pot mantenir durant un temps d'estacionament limitat. El preescalfament de la bateria a llarg termini encara depèn de la font de calor integrada, i la conservació de la calor generalment requereix una menor conductivitat tèrmica, que pot causar problemes amb una distribució desigual de la temperatura.
2.4 Refrigeració del tub de calor
La refrigeració de la canonada de calor consisteix a dividir la canonada de calor en secció d'evaporació, secció de transferència de calor i secció de condensació. El seu principal principi de dissipació de calor és eliminar la calor de la bateria a través de la secció d'evaporació del tub de calor absorbint la calor. La calor de la secció d'evaporació es transfereix a la secció de condensació a través de la secció mitjana del tub de calor a causa de la diferència de pressió formada, aconseguint així una gestió tèrmica eficaç de la bateria. Pel que fa a la investigació sobre la refrigeració de tubs de calor, es van comparar els efectes de refrigeració de tres mètodes de refrigeració de bateries d'energia, és a dir, refrigeració per aire, líquid i tub de calor. Els resultats mostren que la refrigeració del tub de calor té el millor efecte de refrigeració en les bateries.
