Gestione termica della batteria
Durante il funzionamento della batteria, la temperatura influisce notevolmente sulle sue prestazioni. Una temperatura troppo bassa può causare un brusco calo della capacità e della potenza della batteria, e persino un cortocircuito. L'importanza della gestione termica della batteria sta diventando sempre più importante poiché temperature troppo elevate possono causare la decomposizione, la corrosione, l'incendio o persino l'esplosione della batteria. La temperatura di esercizio della batteria è un fattore chiave per determinarne le prestazioni, la sicurezza e la durata. Dal punto di vista delle prestazioni, una temperatura troppo bassa porterà a una diminuzione dell'attività della batteria, con conseguente riduzione delle prestazioni di carica e scarica e un brusco calo della capacità della batteria. Il confronto ha rilevato che quando la temperatura scendeva a 10 °C, la capacità di scarica della batteria era pari al 93% di quella a temperatura normale; tuttavia, quando la temperatura scendeva a -20 °C, la capacità di scarica della batteria era pari solo al 43% di quella a temperatura normale.
Le ricerche di Li Junqiu e altri hanno evidenziato che, dal punto di vista della sicurezza, se la temperatura è troppo elevata, le reazioni collaterali della batteria saranno accelerate. Quando la temperatura si avvicina ai 60 °C, i materiali/sostanze attive interne della batteria si decompongono, provocando una "fuga termica", che causa un improvviso aumento della temperatura, anche fino a 400 ~ 1000 °C, con conseguente rischio di incendio ed esplosione. Se la temperatura è troppo bassa, la velocità di carica della batteria deve essere mantenuta a un livello inferiore, altrimenti la batteria decomporrà il litio e causerà un cortocircuito interno che potrebbe incendiarsi.
Dal punto di vista della durata della batteria, l'impatto della temperatura non può essere ignorato. La deposizione di litio nelle batterie soggette a ricarica a bassa temperatura causerà un rapido decadimento del ciclo di vita della batteria fino a decine di volte, mentre le alte temperature influiranno notevolmente sulla durata e sul ciclo di vita della batteria. La ricerca ha rilevato che a una temperatura di 23 °C, la durata di una batteria con l'80% di capacità residua è di circa 6238 giorni, ma quando la temperatura sale a 35 °C, la durata di una batteria è di circa 1790 giorni e quando la temperatura raggiunge i 55 °C, la durata di una batteria è di circa 6238 giorni. Solo 272 giorni.
Attualmente, a causa dei costi e dei vincoli tecnici, la gestione termica della batteria (BTMS) non è unificato nell'uso di mezzi conduttivi e può essere suddiviso in tre principali percorsi tecnici: raffreddamento ad aria (attivo e passivo), raffreddamento a liquido e materiali a cambiamento di fase (PCM). Il raffreddamento ad aria è relativamente semplice, non presenta rischi di perdite ed è economico. È adatto per lo sviluppo iniziale di batterie al litio-polimero (LFP) e per piccoli settori automobilistici. L'effetto del raffreddamento a liquido è migliore di quello del raffreddamento ad aria, ma il costo è maggiore. Rispetto all'aria, il mezzo di raffreddamento a liquido presenta le caratteristiche di un'elevata capacità termica specifica e di un elevato coefficiente di trasferimento del calore, che compensa efficacemente la carenza tecnica della bassa efficienza del raffreddamento ad aria. Rappresenta la principale ottimizzazione delle autovetture attualmente in uso. Zhang Fubin ha sottolineato nella sua ricerca che il vantaggio del raffreddamento a liquido è la rapida dissipazione del calore, che può garantire una temperatura uniforme del pacco batteria ed è adatto per pacchi batteria con elevata produzione di calore; gli svantaggi sono il costo elevato, i rigorosi requisiti di imballaggio, il rischio di perdite di liquido e la struttura complessa. I materiali a cambiamento di fase presentano sia efficienza di scambio termico che vantaggi economici, oltre a bassi costi di manutenzione. La tecnologia attuale è ancora in fase di laboratorio. La tecnologia di gestione termica dei materiali a cambiamento di fase non è ancora completamente matura e rappresenta la direzione di sviluppo più promettente per la gestione termica delle batterie in futuro.
Nel complesso, il raffreddamento a liquido è attualmente la tecnologia più diffusa, principalmente per i seguenti motivi:
(1) Da un lato, le attuali batterie ternarie ad alto contenuto di nichel hanno una stabilità termica peggiore rispetto alle batterie al litio-ferro-fosfato, una temperatura di fuga termica inferiore (temperatura di decomposizione, 750 °C per le batterie al litio-ferro-fosfato, 300 °C per le batterie al litio-ternarie) e una maggiore produzione di calore. D'altro canto, le nuove tecnologie applicative del litio-ferro-fosfato, come la batteria a lama di BYD e la CTP dell'era di Ningde, eliminano i moduli, migliorano l'utilizzo dello spazio e la densità energetica e promuovono ulteriormente la gestione termica delle batterie, passando dalla tecnologia raffreddata ad aria a quella raffreddata a liquido.
(2) A causa delle linee guida sulla riduzione dei sussidi e dell'ansia dei consumatori riguardo all'autonomia di guida, l'autonomia dei veicoli elettrici continua ad aumentare e i requisiti di densità energetica delle batterie diventano sempre più elevati. È aumentata la domanda di tecnologie di raffreddamento a liquido con maggiore efficienza di trasferimento del calore.
(3) I modelli si stanno sviluppando nella direzione di modelli di fascia medio-alta, con budget di spesa sufficiente, ricerca del comfort, bassa tolleranza ai guasti dei componenti ed elevate prestazioni, e la soluzione di raffreddamento a liquido è più in linea con i requisiti.
Che si tratti di un'auto tradizionale o di un veicolo a nuova energia, la domanda di comfort da parte dei consumatori è sempre più elevata e la tecnologia di gestione termica dell'abitacolo ha acquisito particolare importanza. Per quanto riguarda i metodi di refrigerazione, i compressori elettrici vengono utilizzati al posto dei normali compressori per la refrigerazione e le batterie sono solitamente collegate ai sistemi di raffreddamento dell'aria condizionata. I veicoli tradizionali adottano principalmente il tipo a piatto oscillante, mentre i veicoli a nuova energia utilizzano principalmente il tipo a vortice. Questo metodo offre elevata efficienza, leggerezza, bassa rumorosità ed è altamente compatibile con l'energia di trazione elettrica. Inoltre, la struttura è semplice, il funzionamento è stabile e l'efficienza volumetrica è superiore del 60% rispetto a quella del tipo a piatto oscillante. % circa. Per quanto riguarda il metodo di riscaldamento, il riscaldamento PTC (Riscaldatore d'aria PTC/Riscaldatore del refrigerante PTC) è necessario e i veicoli elettrici non hanno fonti di calore a costo zero (come il liquido di raffreddamento del motore a combustione interna)
Data di pubblicazione: 07-07-2023
