Essendo la principale fonte di energia dei veicoli a energia alternativa, le batterie rivestono un'importanza fondamentale. Durante l'utilizzo effettivo del veicolo, la batteria si troverà ad affrontare condizioni operative complesse e variabili.
A basse temperature, la resistenza interna delle batterie agli ioni di litio aumenta e la capacità diminuisce. In casi estremi, l'elettrolita congela e la batteria non può essere scaricata. Le prestazioni del sistema batteria a basse temperature ne risentono notevolmente, con conseguente calo delle prestazioni di potenza dei veicoli elettrici e riduzione dell'autonomia. Quando si caricano veicoli a energia alternativa a basse temperature, il BMS (Battery Management System) riscalda generalmente la batteria a una temperatura adeguata prima della ricarica. Se non viene gestito correttamente, si può verificare un sovraccarico di tensione istantaneo, con conseguente cortocircuito interno e possibili conseguenze come fumo, incendio o persino esplosione.
Ad alte temperature, un eventuale malfunzionamento del sistema di controllo del caricabatterie può provocare una violenta reazione chimica all'interno della batteria, generando un elevato surriscaldamento. Se il calore si accumula rapidamente all'interno della batteria senza avere il tempo di dissiparsi, la batteria potrebbe perdere liquido, emettere gas, fumo, ecc. Nei casi più gravi, la batteria potrebbe incendiarsi violentemente ed esplodere.
Il sistema di gestione termica della batteria (Battery Thermal Management System, BTMS) è la funzione principale del sistema di gestione della batteria. La gestione termica della batteria comprende principalmente le funzioni di raffreddamento, riscaldamento e equalizzazione della temperatura. Le funzioni di raffreddamento e riscaldamento vengono regolate principalmente per compensare il possibile impatto della temperatura ambiente esterna sulla batteria. L'equalizzazione della temperatura viene utilizzata per ridurre la differenza di temperatura all'interno del pacco batteria e prevenire il rapido deterioramento causato dal surriscaldamento di una determinata parte della batteria. Un sistema di regolazione a circuito chiuso è composto da un mezzo di conduzione del calore, un'unità di misurazione e controllo e un'apparecchiatura di controllo della temperatura, in modo che la batteria possa funzionare entro un intervallo di temperatura adeguato per mantenere il suo stato di utilizzo ottimale e garantire le prestazioni e la durata del sistema batteria.
1. Modalità di sviluppo del sistema di gestione termica a "V"
Come componente del sistema di batterie di alimentazione, anche il sistema di gestione termica è sviluppato in conformità con il modello di sviluppo "V" dell'industria automobilistica. Solo grazie all'utilizzo di strumenti di simulazione e a un elevato numero di test di verifica è possibile migliorare l'efficienza dello sviluppo, ridurre i costi e garantire affidabilità, sicurezza e durata nel tempo.
Di seguito viene presentato il modello a "V" per lo sviluppo di un sistema di gestione termica. In generale, il modello si compone di due assi, uno orizzontale e uno verticale: l'asse orizzontale è costituito da quattro linee principali di sviluppo diretto e una linea principale di verifica inversa, che comprende lo sviluppo diretto e la verifica inversa a ciclo chiuso; l'asse verticale è costituito da tre livelli: componenti, sottosistemi e sistemi.
La temperatura della batteria influisce direttamente sulla sua sicurezza, pertanto la progettazione e la ricerca del sistema di gestione termica della batteria rappresentano uno dei compiti più critici nella progettazione del sistema batteria. La progettazione e la verifica della gestione termica del sistema batteria devono essere eseguite in stretta conformità con il processo di progettazione della gestione termica della batteria, i tipi di sistema e componenti di gestione termica della batteria, la selezione dei componenti del sistema di gestione termica e la valutazione delle prestazioni del sistema di gestione termica, al fine di garantire le prestazioni e la sicurezza della batteria.
1. Requisiti del sistema di gestione termica. In base ai parametri di input di progettazione, quali l'ambiente di utilizzo del veicolo, le condizioni operative del veicolo e l'intervallo di temperatura delle celle della batteria, si effettua un'analisi dei requisiti per chiarire le esigenze del sistema batteria per il sistema di gestione termica; i requisiti di sistema, in base all'analisi dei requisiti, determinano le funzioni del sistema di gestione termica e gli obiettivi di progettazione del sistema. Questi obiettivi di progettazione includono principalmente il controllo della temperatura delle celle della batteria, la differenza di temperatura tra le celle della batteria, il consumo energetico del sistema e i costi.
2. Struttura del sistema di gestione termica. In base ai requisiti di sistema, il sistema è suddiviso in sottosistema di raffreddamento, sottosistema di riscaldamento, sottosistema di isolamento termico e sottosistema di prevenzione dell'instabilità termica (TRo), e vengono definiti i requisiti di progettazione di ciascun sottosistema. Allo stesso tempo, viene eseguita un'analisi di simulazione per verificare inizialmente la progettazione del sistema. Ad esempio:Riscaldatore raffreddatore PTC, Riscaldatore ad aria PTC, pompa dell'acqua elettronica, ecc.
3. Progettazione del sottosistema: innanzitutto, si determina l'obiettivo di progettazione di ciascun sottosistema in base alla progettazione del sistema, quindi si procede alla selezione del metodo, alla progettazione dello schema, alla progettazione di dettaglio e all'analisi e verifica della simulazione per ciascun sottosistema.
4. Progettazione dei componenti: innanzitutto, si definiscono gli obiettivi di progettazione dei componenti in base alla progettazione del sottosistema, quindi si procede con la progettazione dettagliata e l'analisi di simulazione.
5. Produzione e collaudo di componenti, produzione di componenti e collaudo e verifica.
6. Integrazione e verifica del sottosistema, per l'integrazione del sottosistema e la verifica dei test.
7. Integrazione e collaudo del sistema, verifica dell'integrazione e del collaudo del sistema.
Data di pubblicazione: 2 giugno 2023
