Tecnologies comuns de gestió tèrmica de bateries
per a vehicles de nova energia
El sistema de refrigeració dels vehicles d'energia nova consta generalment de tres parts: sistema de circulació de refrigeració de la bateria, sistema de circulació de refrigeració controlat electrònicament del motor i sistema de circulació d'aire calent d'aire condicionat. Els diferents mètodes de gestió tèrmica de la bateria impliquen diferents números de peces, estructures i dissenys. Es seleccionen diferents tipus de sistemes de gestió tèrmica en funció dels costos de desenvolupament del vehicle, el pes del vehicle i els requisits d'espai de disposició. Les seves principals vies tècniques inclouen els cinc tipus següents.
1. Tipus de refrigeració directa
Coneguda com a tecnologia de refrigeració directa de la bateria, el sistema de refrigeració directa té un evaporador de refrigeració integrat dins de la bateria i està connectat al sistema d'aire condicionat a través de canonades. Quan s'ha de refredar la bateria, s'utilitza un compressor per enviar el refrigerant comprimit a l'evaporador dins de la bateria i després treure la bateria. La calor interna aconsegueix un efecte de refredament. El sistema té els avantatges d'una estructura compacta, un bon efecte de refrigeració, un petit nombre de peces (només es requereix una canonada de refrigeració d'entrada i una de sortida) i un pes lleuger. No obstant això, els desavantatges d'aquest sistema són que no pot escalfar la bateria en condicions de baixa temperatura sota zero, l'aigua condensada generada durant el procés de refrigeració no està protegida i la uniformitat de la temperatura del refrigerant és difícil de controlar. El sistema de refrigeració té una vida útil curta i una baixa fiabilitat, i sovint es produeixen fuites de refrigerant. Fuites, capacitat de refrigeració insuficient i altres avaries. Aquesta és l'última tecnologia de refrigeració de la bateria amb una maduresa relativament baixa. S'ha aplicat en models produïts en massa com BYD i Tesla al mercat. És una via tècnica important en el futur, tal com es mostra a la figura 1.
2. Tipus de refrigeració per aigua del radiador
El circuit de refrigeració del radiador és un circuit independent, format per un radiador, una bomba d'aigua electrònica, un escalfador, etc., amb anticongelant com a mitjà. L'anticongelant surt del radiador, passa per l'escalfador, després a la bateria, i finalment torna al radiador. Aquest cicle refreda i escalfa la bateria. El sistema té els avantatges d'una estructura senzilla, un baix cost i un estalvi d'energia en ambients de baixa temperatura durant tot l'any. Tanmateix, l'eficiència de dissipació de calor d'aquest sistema és baixa i la temperatura de l'aigua és alta en entorns climàtics d'alta temperatura a l'estiu i no pot complir les condicions de funcionament en entorns d'alta temperatura, tal com es mostra a la figura 2.
3. Tipus de refrigeració per aigua de refrigeració directa
Aquest sistema integra la refrigeració directa i la refrigeració per aigua, i connecta el sistema d'aire condicionat i el sistema de refrigeració d'aigua a través del refrigerador de bateria Chiller (també anomenat intercanviador de calor). Aquest sistema evita les deficiències dels dos primers mètodes de refrigeració i actualment és un dels sistemes de gestió tèrmica de bateries més utilitzats. El sistema té més components que els dos anteriors. El sistema és més complex i requereix un espai relativament gran per a la disposició dels components. El compressor té una gran càrrega durant el funcionament, que consumeix molta energia per a tot el vehicle i és poc econòmic. A més, quan una part del sistema d'aire condicionat falla, les necessitats de refrigeració de la bateria no es poden satisfer al màxim, vegeu la figura 3.
4. Tipus híbrid refrigerat per aigua
Aquest sistema es basa en el sistema de refrigeració per aigua de refrigeració directa i afegeix un sistema de refrigeració per aigua del radiador. Tots dos estan disposats en circuits paral·lels. Mitjançant el control de la vàlvula solenoide, s'utilitzen diferents circuits per refredar la bateria en diferents condicions. En entorns de baixa temperatura, només funciona el sistema de refrigeració d'aigua del radiador. Quan es trobi en un ambient d'alta temperatura, canvieu al sistema de refrigeració directa per aigua de refrigeració perquè funcioni. En condicions de treball dures, els dos sistemes poden funcionar al mateix temps, i la bateria també pot obtenir la màxima capacitat de refrigeració, que bàsicament pot cobrir tots els entorns d'ús. Aquest sistema de refrigeració és extremadament complex, té un cost elevat, requereix un gran espai de disseny del vehicle, té estratègies complexes de control del sistema i suposa un repte per a l'estabilitat i la fiabilitat. Aquest sistema també s'utilitza en la majoria de models híbrids PHEV del mercat i té tecnologia madura, tal com es mostra a la figura 4.
5. Tipus de refrigeració per aire
Aquest sistema condueix directament l'aire fred des de la refrigeració de l'habitacle a la bateria a través del conducte i utilitza l'aire fred per refredar la bateria. Els avantatges d'aquest sistema són l'estructura senzilla, la temperatura de l'aire fred controlable i el baix cost del sistema. Tanmateix, també té els inconvenients del sistema de refrigeració directa. El sistema no té funció de calefacció, i l'aigua condensada generada a la superfície de la bateria no és fàcil d'assecar, i hi ha risc de corrosió i contaminació dins de la bateria. Aquest tipus de mètode de gestió tèrmica generalment no es recomana, vegeu la figura 5.
