Gestione termica della batteria
Durante il funzionamento della batteria, la temperatura ha una grande influenza sulle sue prestazioni. Se la temperatura è 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 evidente, 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 comporta una diminuzione dell'attività della batteria, con conseguente riduzione delle prestazioni di carica e scarica e un brusco calo della capacità. Il confronto ha rilevato che quando la temperatura è scesa a 10 °C, la capacità di scarica della batteria era pari al 93% di quella a temperatura normale; tuttavia, quando la temperatura è scesa a -20 °C, la capacità di scarica della batteria era solo il 43% di quella a temperatura normale.
Una ricerca condotta da Li Junqiu e altri ha evidenziato che, dal punto di vista della sicurezza, se la temperatura è troppo elevata, le reazioni a catena della batteria si accelerano. Quando la temperatura si avvicina ai 60 °C, i materiali interni/le sostanze attive della batteria si decompongono, innescando una "fuga termica" che provoca un improvviso aumento della temperatura, anche fino a 400-1000 °C, con conseguente rischio di incendio ed esplosione. Se la temperatura è troppo bassa, è necessario mantenere una corrente di carica inferiore, altrimenti si rischia la decomposizione del litio e un cortocircuito interno con conseguente incendio.
Dal punto di vista della durata della batteria, l'impatto della temperatura non può essere ignorato. La deposizione di litio nelle batterie soggette a carica a basse temperature provoca un rapido decadimento del ciclo di vita della batteria, riducendolo drasticamente, e le alte temperature influiscono notevolmente sulla durata e sul numero di cicli di carica/scarica. La ricerca ha dimostrato 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 si riduce a circa 1790 giorni, e quando la temperatura raggiunge i 55 °C, la durata di circa 6238 giorni si riduce di soli 272 giorni.
Attualmente, a causa dei costi e dei vincoli tecnici, la gestione termica della batteria(BTMSIl raffreddamento delle batterie (LFP) non è uniforme nell'uso dei 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 allo sviluppo iniziale delle batterie LFP e al settore delle auto di piccole dimensioni. Il raffreddamento a liquido offre prestazioni migliori rispetto al raffreddamento ad aria, ma ha un costo maggiore. Rispetto all'aria, il mezzo di raffreddamento a liquido presenta un'elevata capacità termica specifica e un alto coefficiente di scambio termico, compensando efficacemente la bassa efficienza del raffreddamento ad aria. Attualmente rappresenta la principale area di ottimizzazione per le autovetture. Zhang Fubin ha evidenziato nella sua ricerca che il vantaggio del raffreddamento a liquido è la rapida dissipazione del calore, che garantisce una temperatura uniforme del pacco batterie ed è adatto a pacchi batterie con elevata produzione di calore; gli svantaggi sono il costo elevato, i rigorosi requisiti di confezionamento, il rischio di perdite di liquido e la struttura complessa. I materiali a cambiamento di fase offrono vantaggi sia in termini di efficienza di scambio termico che di costi, 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 del tutto matura, ma 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 dominante, principalmente per i seguenti motivi:
(1) Da un lato, le attuali batterie ternarie ad alto contenuto di nichel hanno una stabilità termica inferiore rispetto alle batterie al litio ferro fosfato, una temperatura di fuga termica inferiore (temperatura di decomposizione, 750 °C per il litio ferro fosfato, 300 °C per le batterie ternarie al litio) e una maggiore produzione di calore. Dall'altro lato, le nuove tecnologie di applicazione del litio ferro fosfato, come la batteria a lama di BYD e il CTP dell'era Ningde, eliminano i moduli, migliorano l'utilizzo dello spazio e la densità energetica e promuovono ulteriormente la gestione termica della batteria passando dalla tecnologia di raffreddamento ad aria a quella di raffreddamento a liquido.
(2) Influenzata dalle direttive sulla riduzione dei sussidi e dall'ansia dei consumatori riguardo all'autonomia di guida, l'autonomia di guida dei veicoli elettrici continua ad aumentare e i requisiti per la densità energetica delle batterie diventano sempre più elevati. La domanda di tecnologia di raffreddamento a liquido con maggiore efficienza di trasferimento del calore è aumentata.
(3) I modelli si stanno sviluppando nella direzione dei modelli di fascia medio-alta, con un budget di costo sufficiente, ricerca del comfort, bassa tolleranza ai guasti dei componenti e prestazioni elevate, e la soluzione di raffreddamento a liquido è più in linea con i requisiti.
Indipendentemente dal fatto che si tratti di un'auto tradizionale o di un veicolo a nuova energia, la richiesta di comfort da parte dei consumatori è in costante aumento e la tecnologia di gestione termica dell'abitacolo è diventata particolarmente importante. In termini di metodi di refrigerazione, i compressori elettrici vengono utilizzati al posto dei compressori ordinari per la refrigerazione e le batterie sono solitamente collegate ai sistemi di raffreddamento dell'aria condizionata. I veicoli tradizionali adottano principalmente il tipo a piastra oscillante, mentre i veicoli a nuova energia utilizzano principalmente il tipo a vortice. Questo metodo ha un'elevata efficienza, un peso ridotto, una 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 piastra oscillante. In termini di metodo di riscaldamento, il riscaldamento PTC(Riscaldatore ad aria PTC/Riscaldatore del liquido di raffreddamento PTCè necessario, e i veicoli elettrici non dispongono di fonti di calore a costo zero (come il liquido di raffreddamento del motore a combustione interna).
Data di pubblicazione: 7 luglio 2023
