Soluzioni di gestione termica per sistemi di batterie

Non c’è dubbio che il fattore temperatura abbia un impatto cruciale sulle prestazioni, sulla durata e sulla sicurezza delle batterie di alimentazione.In generale, ci aspettiamo che il sistema batteria funzioni nell'intervallo 15~35℃, in modo da ottenere la migliore potenza in uscita e in ingresso, la massima energia disponibile e la durata del ciclo più lunga (sebbene lo stoccaggio a bassa temperatura possa prolungare la durata del calendario della batteria, ma non ha molto senso praticare la conservazione a bassa temperatura nelle applicazioni, e le batterie sono molto simili alle persone in questo senso).

Attualmente, la gestione termica del sistema di batterie può essere suddivisa principalmente in quattro categorie: raffreddamento naturale, raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido e raffreddamento diretto.Tra questi, il raffreddamento naturale è un metodo di gestione termica passiva, mentre il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e la corrente continua sono attivi.La differenza principale tra questi tre è la differenza nel mezzo di scambio termico.

· Raffreddamento naturale
Il freecooling non prevede dispositivi aggiuntivi per lo scambio termico.Ad esempio, BYD ha adottato il raffreddamento naturale nei modelli Qin, Tang, Song, E6, Tengshi e altri che utilizzano celle LFP.Resta inteso che il successivo BYD passerà al raffreddamento a liquido per i modelli che utilizzano batterie ternarie.

· Aria condizionata (Riscaldatore d'aria PTC)
Il raffreddamento ad aria utilizza l'aria come mezzo di trasferimento del calore.Esistono due tipi comuni.Il primo si chiama raffreddamento ad aria passivo e utilizza direttamente l’aria esterna per lo scambio termico.Il secondo tipo è il raffreddamento ad aria attivo, che può preriscaldare o raffreddare l'aria esterna prima di entrare nel sistema della batteria.All’inizio, molti modelli elettrici giapponesi e coreani utilizzavano soluzioni raffreddate ad aria.

· Raffreddamento a liquido
Il raffreddamento a liquido utilizza l'antigelo (come il glicole etilenico) come mezzo di trasferimento del calore.Generalmente nella soluzione sono presenti più circuiti di scambio termico diversi.Ad esempio, VOLT ha un circuito del radiatore, un circuito dell'aria condizionata (PTC Aria Condizionata) e un circuito PTC (Riscaldatore del liquido di raffreddamento PTC).Il sistema di gestione della batteria risponde, si regola e cambia in base alla strategia di gestione termica.La TESLA Model S ha un circuito in serie con il raffreddamento del motore.Quando la batteria deve essere riscaldata a bassa temperatura, il circuito di raffreddamento del motore è collegato in serie al circuito di raffreddamento della batteria e il motore può riscaldare la batteria.Quando la batteria di alimentazione è ad alta temperatura, il circuito di raffreddamento del motore e il circuito di raffreddamento della batteria verranno regolati in parallelo e i due sistemi di raffreddamento dissiperanno il calore in modo indipendente.

1. Condensatore del gas

2. Condensatore secondario

3. Ventola del condensatore secondario

4. Ventola del condensatore gas

5. Sensore di pressione del condizionatore d'aria (lato alta pressione)

6. Sensore temperatura condizionatore (lato alta pressione)

7. Compressore elettronico del climatizzatore

8. Sensore pressione condizionatore (lato bassa pressione)

9. Sensore temperatura condizionatore (lato bassa pressione)

10. Valvola di espansione (raffreddatore)

11. Valvola di espansione (evaporatore)

· Raffreddamento diretto
Il raffreddamento diretto utilizza il refrigerante (materiale a cambiamento di fase) come mezzo di scambio termico.Il refrigerante può assorbire una grande quantità di calore durante il processo di transizione della fase gas-liquido.Rispetto al refrigerante, l'efficienza del trasferimento di calore può essere aumentata di oltre tre volte e la batteria può essere sostituita più rapidamente.Il calore all'interno del sistema viene portato via.Lo schema di raffreddamento diretto è stato utilizzato nella BMW i3.

 

Oltre all'efficienza del raffreddamento, lo schema di gestione termica del sistema di batterie deve considerare la consistenza della temperatura di tutte le batterie.PACK ha centinaia di celle e il sensore di temperatura non è in grado di rilevare ogni cella.Ad esempio, in un modulo della Tesla Model S ci sono 444 batterie, ma sono predisposti solo 2 punti di rilevamento della temperatura.Pertanto, è necessario rendere la batteria il più coerente possibile attraverso la progettazione della gestione termica.E una buona uniformità della temperatura è il prerequisito per parametri prestazionali coerenti come potenza della batteria, durata e SOC.