Una delle tecnologie chiave dei veicoli a energia alternativa è rappresentata dalle batterie. La qualità delle batterie determina, da un lato, il costo dei veicoli elettrici e, dall'altro, la loro autonomia. Si tratta di un fattore cruciale per l'accettazione e la rapida diffusione di questi veicoli.
In base alle caratteristiche di utilizzo, ai requisiti e ai campi di applicazione delle batterie, le tipologie di batterie oggetto di ricerca e sviluppo a livello nazionale e internazionale sono, in linea generale, le seguenti: batterie al piombo-acido, batterie al nichel-cadmio, batterie al nichel-metallo idruro, batterie agli ioni di litio, celle a combustibile, ecc., tra le quali lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio riceve la maggiore attenzione.
comportamento di generazione di calore della batteria di alimentazione
La fonte di calore, la velocità di generazione del calore, la capacità termica della batteria e altri parametri correlati del modulo batteria sono strettamente legati alla natura della batteria stessa. Il calore rilasciato dalla batteria dipende dalla natura e dalle caratteristiche chimiche, meccaniche ed elettriche della batteria, in particolare dalla natura della reazione elettrochimica. L'energia termica generata nella reazione della batteria può essere espressa dal calore di reazione Qr; la polarizzazione elettrochimica fa sì che la tensione effettiva della batteria si discosti dalla sua forza elettromotrice di equilibrio, e la perdita di energia causata dalla polarizzazione della batteria è espressa da Qp. Oltre alla reazione della batteria che procede secondo l'equazione di reazione, ci sono anche alcune reazioni secondarie. Le reazioni secondarie tipiche includono la decomposizione dell'elettrolita e l'autoscarica della batteria. Il calore di reazione secondaria generato in questo processo è Qs. Inoltre, poiché ogni batteria avrà inevitabilmente una resistenza, verrà generato calore Joule Qj quando passa la corrente. Pertanto, il calore totale di una batteria è la somma del calore dei seguenti aspetti: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
A seconda dello specifico processo di carica (scarica), i principali fattori che causano la generazione di calore nella batteria sono diversi. Ad esempio, durante una normale carica, il fattore dominante è Qr; nella fase successiva della carica, a causa della decomposizione dell'elettrolita, iniziano a verificarsi reazioni secondarie (il calore generato da queste reazioni secondarie è Qs). Quando la batteria è quasi completamente carica o sovraccarica, ciò che accade principalmente è la decomposizione dell'elettrolita, dove Qs diventa dominante. Il calore Joule Qj dipende dalla corrente e dalla resistenza. Il metodo di carica comunemente utilizzato viene effettuato a corrente costante e in questo caso Qj assume un valore specifico. Tuttavia, durante l'avviamento e l'accelerazione, la corrente è relativamente elevata. Per i veicoli ibridi (HEV), ciò equivale a una corrente da decine a centinaia di ampere. In queste condizioni, il calore Joule Qj è molto elevato e diventa la principale fonte di dissipazione del calore della batteria.
Dal punto di vista della controllabilità della gestione termica, i sistemi di gestione termica(HVH) possono essere suddivisi in due tipi: attivi e passivi. Dal punto di vista del mezzo di trasferimento del calore, i sistemi di gestione termica possono essere suddivisi in: raffreddati ad aria(Riscaldatore ad aria PTC), raffreddato a liquido(Riscaldatore del liquido di raffreddamento PTC), e accumulo termico a cambiamento di fase.
Per il trasferimento di calore con refrigerante (PTC Coolant Heater) come mezzo, è necessario stabilire una comunicazione termica tra il modulo e il mezzo liquido, come ad esempio una camicia d'acqua, per condurre il riscaldamento e il raffreddamento indiretti per convezione e conduzione termica. Il mezzo di trasferimento del calore può essere acqua, glicole etilenico o persino un refrigerante. Esiste anche il trasferimento di calore diretto immergendo il polo nel liquido dielettrico, ma è necessario adottare misure di isolamento per evitare cortocircuiti.
Il raffreddamento passivo del liquido refrigerante utilizza generalmente uno scambio termico tra liquido e aria ambiente e introduce poi dei condensatori nella batteria per uno scambio termico secondario, mentre il raffreddamento attivo utilizza scambiatori di calore tra il liquido refrigerante del motore e il fluido di raffreddamento, oppure riscaldamento elettrico PTC/riscaldamento a olio termico per ottenere il raffreddamento primario. Riscaldamento, raffreddamento primario con fluido refrigerante liquido per l'aria dell'abitacolo/condizionatore d'aria.
Per i sistemi di gestione termica che utilizzano aria e liquido come fluido termovettore, la struttura risulta troppo grande e complessa a causa della necessità di ventilatori, pompe dell'acqua, scambiatori di calore, riscaldatori, tubazioni e altri accessori, oltre a consumare energia dalla batteria e a ridurre la densità di potenza e di energia della batteria stessa.
Il sistema di raffreddamento a batteria ad acqua utilizza un refrigerante (50% acqua/50% glicole etilenico) per trasferire il calore della batteria al sistema di refrigerazione dell'aria condizionata attraverso il radiatore della batteria, e quindi all'ambiente attraverso il condensatore. La temperatura dell'acqua in ingresso alla batteria viene raffreddata dalla batteria stessa, che, dopo lo scambio termico, raggiunge facilmente una temperatura inferiore, consentendo di regolare la batteria per funzionare nell'intervallo di temperatura ottimale; il principio di funzionamento del sistema è illustrato in figura. I componenti principali del sistema di refrigerazione includono: condensatore, compressore elettrico, evaporatore, valvola di espansione con valvola di intercettazione, radiatore della batteria (valvola di espansione con valvola di intercettazione) e tubazioni dell'aria condizionata, ecc.; il circuito dell'acqua di raffreddamento comprende: pompa dell'acqua elettrica, batteria (incluse le piastre di raffreddamento), radiatori della batteria, tubazioni dell'acqua, vasi di espansione e altri accessori.
Data di pubblicazione: 27 aprile 2023
