Una delle tecnologie chiave dei veicoli a nuova energia sono le batterie. La qualità delle batterie determina il costo dei veicoli elettrici da un lato e la loro autonomia dall'altro. Fattore chiave per l'accettazione e la rapida adozione.
In base alle caratteristiche di utilizzo, ai requisiti e ai campi di applicazione delle batterie elettriche, i tipi di batterie elettriche oggetto di ricerca e sviluppo 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 della 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 potenza 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. Tipiche reazioni collaterali includono la decomposizione dell'elettrolita e l'autoscarica della batteria. Il calore di reazione collaterale generato in questo processo è Qs. Inoltre, poiché qualsiasi batteria avrà inevitabilmente una resistenza, al passaggio della corrente verrà generato il 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), anche i principali fattori che causano la generazione di calore da parte della batteria 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 di reazione collaterale è Qs), quando la batteria è quasi completamente carica e sovraccarica. Ciò che accade principalmente è la decomposizione dell'elettrolita, dove Qs domina. Il calore Joule Qj dipende dalla corrente e dalla resistenza. Il metodo di carica comunemente utilizzato viene eseguito 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 i veicoli ibridi ibridi, questo equivale a una corrente da decine a centinaia di ampere. In questa fase, il calore Joule Qj è molto elevato e diventa la principale fonte di rilascio di calore dalla 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: sistemi di accumulo termico raffreddati ad aria, raffreddati 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 fluisca attraverso il modulo batteria per raggiungere lo scopo di dissipazione del calore. Generalmente, sono necessari ventilatori, sistemi di ventilazione in ingresso e in uscita e altri componenti.
A seconda delle diverse fonti di aspirazione dell'aria, si distinguono generalmente le seguenti forme:
1 Raffreddamento passivo con ventilazione dell'aria esterna
2. Raffreddamento/riscaldamento passivo per la ventilazione dell'abitacolo
3. Raffreddamento/riscaldamento attivo dell'aria esterna o dell'abitacolo
La struttura del sistema passivo è relativamente semplice e sfrutta direttamente l'ambiente circostante. Ad esempio, se la batteria deve essere riscaldata in inverno, è possibile sfruttare l'ambiente caldo dell'abitacolo per aspirare aria. Se la temperatura della batteria è troppo elevata durante la guida e l'effetto rinfrescante dell'aria nell'abitacolo non è ottimale, è possibile aspirare aria fredda dall'esterno per rinfrescare.
Per il sistema attivo, è necessario installare un sistema separato per fornire funzioni di riscaldamento o raffreddamento e controllarlo in modo indipendente in base allo stato della batteria, il che aumenta anche il consumo energetico e i costi 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 lo scambio termico con un liquido come mezzo, è necessario stabilire una comunicazione di scambio termico 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 termica. Il mezzo di scambio termico può essere acqua, glicole etilenico o persino refrigerante. Esiste anche uno scambio termico diretto immergendo l'espansione polare nel liquido del dielettrico, ma è necessario adottare misure di isolamento per evitare cortocircuiti.
Il raffreddamento passivo a liquido generalmente utilizza lo scambio termico liquido-aria ambiente e poi introduce dei bozzoli nella batteria per lo scambio termico secondario, mentre il raffreddamento attivo utilizza scambiatori di calore liquido-liquido di raffreddamento del motore o riscaldamento elettrico/a olio diatermico per ottenere il raffreddamento primario. Riscaldamento, raffreddamento primario con refrigerante liquido per aria/aria condizionata della cabina passeggeri.
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, riducendo la densità di potenza e la densità energetica della batteria.
(Refrigerante PTCstufa) Il sistema di raffreddamento ad acqua della batteria utilizza un refrigerante (50% acqua/50% glicole etilenico) per trasferire il calore dalla batteria al sistema refrigerante dell'aria condizionata attraverso il refrigeratore della batteria e quindi all'ambiente attraverso il condensatore. La temperatura dell'acqua importata può facilmente raggiungere una temperatura inferiore dopo lo scambio di calore da parte del refrigeratore della batteria e la batteria può essere regolata per funzionare nel miglior intervallo di temperatura di esercizio; il principio del sistema è illustrato in figura. I componenti principali del sistema refrigerante includono: condensatore, compressore elettrico, evaporatore, valvola di espansione con valvola di intercettazione, refrigeratore della batteria (valvola di espansione con valvola di intercettazione) e tubi dell'aria condizionata, ecc.; il circuito dell'acqua di raffreddamento include:pompa elettrica dell'acqua, batteria (comprese le piastre di raffreddamento), refrigeratori per batterie, tubi dell'acqua, serbatoi di espansione e altri accessori.
Data di pubblicazione: 13-lug-2023
