Una delle tecnologie chiave dei veicoli a nuova energia sono le batterie.La qualità delle batterie determina da un lato il costo dei veicoli elettrici e dall’altro l’autonomia dei veicoli elettrici.Fattore chiave per l'accettazione e l'adozione rapida.
In base alle caratteristiche di utilizzo, ai requisiti e ai campi di applicazione delle batterie di potenza, i tipi di ricerca e sviluppo di batterie di potenza in patria e all'estero sono approssimativamente: batterie al piombo, batterie al nichel-cadmio, batterie al nichel-metallo idruro, batterie agli ioni di litio, celle a combustibile, ecc., tra cui lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio riceve la massima 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 di alimentazione sono strettamente correlati alla natura della batteria.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 della batteria 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 collaterali.Le reazioni collaterali tipiche includono la decomposizione dell'elettrolita e l'autoscarica della batteria.Il calore di reazione laterale generato in questo processo è Qs.Inoltre, poiché qualsiasi batteria avrà inevitabilmente resistenza, al passaggio della corrente verrà generato calore Joule Qj.Pertanto il calore totale di una batteria è la somma del calore dei seguenti aspetti: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
A seconda del processo di carica (scarica) specifico, anche i principali fattori che fanno sì che la batteria generi calore sono diversi.Ad esempio, quando la batteria è normalmente carica, Qr è il fattore dominante;e nella fase successiva della carica della batteria, a causa della decomposizione dell'elettrolita, iniziano a verificarsi reazioni collaterali (il calore della reazione laterale è Qs), quando la batteria è quasi completamente carica e sovraccarica. Ciò che accade principalmente è la decomposizione dell'elettrolita, dove domina Qs .Il calore Joule Qj dipende dalla corrente e dalla resistenza.Il metodo di ricarica comunemente utilizzato viene effettuato a corrente costante e Qj è un valore specifico in questo momento.Tuttavia, durante l'avvio e l'accelerazione, la corrente è relativamente elevata.Per HEV, ciò equivale a una corrente da decine di ampere a centinaia di ampere.In questo momento, il calore Joule Qj è molto elevato e diventa la principale fonte di rilascio di calore della batteria.
Dal punto di vista della controllabilità della gestione termica, i sistemi di gestione termica possono essere suddivisi in due tipologie: attivi e passivi.Dal punto di vista del mezzo di trasferimento del calore, i sistemi di gestione termica possono essere suddivisi in: accumulo termico raffreddato ad aria, raffreddato a liquido e a cambiamento di fase.
Gestione termica con aria come mezzo di trasferimento del calore
Il mezzo di trasferimento del calore ha un impatto significativo sulle prestazioni e sui costi del sistema di gestione termica.L'uso dell'aria come mezzo di trasferimento del calore consiste nell'introdurre direttamente l'aria in modo che scorra attraverso il modulo batteria per raggiungere lo scopo della dissipazione del calore.Generalmente sono necessari ventilatori, ventilazione di ingresso e uscita e altri componenti.
A seconda delle diverse fonti di aspirazione dell'aria, si distinguono generalmente le seguenti forme:
1 Raffrescamento passivo con ventilazione dell'aria esterna
2. Raffreddamento/riscaldamento passivo per la ventilazione dell'aria dell'abitacolo
3. Raffreddamento/riscaldamento attivo dell'aria esterna o dell'abitacolo
La struttura del sistema passivo è relativamente semplice e utilizza direttamente l'ambiente esistente.Se ad esempio è necessario riscaldare la batteria in inverno, è possibile sfruttare l'ambiente caldo dell'abitacolo per inalare l'aria.Se durante la guida la temperatura della batteria è troppo elevata e l'effetto refrigerante dell'aria nell'abitacolo non è buono, è possibile inalare aria fredda dall'esterno per rinfrescarsi.
Per il sistema attivo, è necessario istituire un sistema separato per fornire funzioni di riscaldamento o raffreddamento ed essere controllato in modo indipendente in base allo stato della batteria, il che aumenta anche il consumo di energia e il costo del veicolo.La scelta dei diversi sistemi dipende principalmente dalle esigenze di utilizzo della batteria.
Gestione termica con liquido come mezzo di trasferimento del calore
Per il trasferimento di calore con liquido come mezzo, è necessario stabilire una comunicazione di trasferimento di calore tra il modulo e il mezzo liquido, come una camicia d'acqua, per condurre il riscaldamento e il raffreddamento indiretti sotto forma di convezione e conduzione di calore.Il mezzo di trasferimento del calore può essere acqua, glicole etilenico o anche refrigerante.Esiste anche un trasferimento di calore diretto immergendo l'espansione polare nel liquido del dielettrico, ma è necessario adottare misure di isolamento per evitare cortocircuiti.
Il raffreddamento a liquido passivo utilizza generalmente lo scambio di calore liquido-aria ambiente e quindi introduce bozzoli nella batteria per lo scambio di calore secondario, mentre il raffreddamento attivo utilizza scambiatori di calore a medio liquido refrigerante motore-liquido o riscaldamento elettrico/riscaldamento ad olio diatermico per ottenere il raffreddamento primario.Riscaldamento, raffreddamento primario con aria condizionata/aria condizionata nella cabina passeggeri tramite refrigerante liquido.
Il sistema di gestione termica con aria e liquido come mezzo richiede ventilatori, pompe dell'acqua, scambiatori di calore, riscaldatori (Riscaldatore d'aria PTC), tubazioni e altri accessori rendono la struttura troppo grande e complessa e consumano anche l'energia della batteria, l'array. La densità di potenza e la densità di energia della batteria vengono ridotte.
(Refrigerante PTCstufa) Il sistema di raffreddamento della batteria raffreddata ad acqua utilizza un liquido refrigerante (50% acqua/50% glicole etilenico) per trasferire il calore dalla batteria al sistema refrigerante dell'aria condizionata attraverso il dispositivo di raffreddamento della batteria, e quindi all'ambiente attraverso il condensatore.È facile che la temperatura dell'acqua importata raggiunga una temperatura inferiore dopo lo scambio di calore da parte del dispositivo di raffreddamento della batteria e la batteria può essere regolata per funzionare al miglior intervallo di temperature di esercizio;il principio del sistema è mostrato in figura.I componenti principali dell'impianto frigorifero comprendono: condensatore, compressore elettrico, evaporatore, valvola di espansione con valvola di arresto, dispositivo di raffreddamento della batteria (valvola di espansione con valvola di arresto) e tubi dell'aria condizionata, ecc.;il circuito dell'acqua di raffreddamento comprende:pompa dell'acqua elettrica, batteria (comprese le piastre di raffreddamento), radiatori della batteria, tubi dell'acqua, vasi di espansione e altri accessori.
Orario di pubblicazione: 13 luglio 2023
