Per il trasferimento di calore con un liquido come mezzo, è necessario stabilire una comunicazione di trasferimento termico tra il modulo e il mezzo liquido, come una camicia d'acqua, per condurre riscaldamento e raffreddamento indiretti sotto forma di convezione e conduzione termica. Il mezzo di trasferimento termico può essere acqua, glicole etilenico o anche refrigerante. Esiste anche il trasferimento di calore diretto immergendo il pezzo polare nel liquido del dielettrico, ma è necessario adottare misure di isolamento per evitare cortocircuiti.Riscaldatore del liquido di raffreddamento PTC)
Il raffreddamento passivo a liquido utilizza generalmente uno scambio termico tra liquido e aria ambiente e introduce poi dei condensatori nella batteria per uno scambio termico secondario, mentre il raffreddamento attivo utilizza scambiatori di calore tra il liquido di raffreddamento del motore e il fluido refrigerante, oppure riscaldamento elettrico/olio termico per ottenere il raffreddamento primario. Riscaldamento, raffreddamento primario con fluido refrigerante liquido per l'aria dell'abitacolo/condizionatore d'aria.
Per i sistemi di gestione termica che utilizzano aria e liquido come mezzo, la struttura è troppo grande e complessa a causa della necessità di ventilatori, pompe dell'acqua, scambiatori di calore, riscaldatori, tubazioni e altri accessori, e inoltre consuma energia della batteria e riduce la densità di potenza e la densità energetica della batteria.Riscaldatore ad aria PTC)
Il sistema di raffreddamento a batteria ad acqua utilizza un refrigerante (50% acqua/50% glicole etilenico) per trasferire il calore della batteria al sistema di refrigerazione dell'aria condizionata attraverso il radiatore della batteria e quindi all'ambiente attraverso il condensatore. La temperatura dell'acqua in ingresso alla batteria viene raffreddata dalla batteria stessa, che raggiunge facilmente una temperatura inferiore dopo lo scambio termico, e la batteria può essere regolata per funzionare nell'intervallo di temperatura ottimale; il principio del sistema è illustrato in figura. I componenti principali del sistema di refrigerazione includono: condensatore, compressore elettrico, evaporatore, valvola di espansione con valvola di intercettazione, radiatore della batteria (valvola di espansione con valvola di intercettazione) e tubazioni dell'aria condizionata, ecc.; il circuito dell'acqua di raffreddamento comprende:pompa dell'acqua elettrica, batteria (incluse le piastre di raffreddamento), dissipatori per batterie, tubi dell'acqua, vasi di espansione e altri accessori.
Negli ultimi anni, sia all'estero che in patria, sono comparsi sistemi di gestione termica delle batterie raffreddati con materiali a cambiamento di fase (PCM), che mostrano buone prospettive. Il principio di funzionamento dei PCM per il raffreddamento delle batterie è il seguente: quando la batteria viene scaricata con una corrente elevata, il PCM assorbe il calore rilasciato dalla batteria e subisce un cambiamento di fase, in modo che la temperatura della batteria si abbassi rapidamente.
In questo processo, il sistema immagazzina calore nel PCM sotto forma di calore di transizione di fase. Quando la batteria è in carica, soprattutto con temperature rigide (ovvero, quando la temperatura atmosferica è molto inferiore alla temperatura di transizione di fase PCT), il PCM emette calore nell'ambiente.
L'utilizzo di materiali a cambiamento di fase nei sistemi di gestione termica delle batterie presenta il vantaggio di non richiedere parti in movimento e di non consumare ulteriore energia dalla batteria. I materiali a cambiamento di fase con elevato calore latente di cambiamento di fase e conducibilità termica, utilizzati nel sistema di gestione termica del pacco batterie, possono assorbire efficacemente il calore rilasciato durante la carica e la scarica, riducendo l'aumento di temperatura della batteria e garantendo che quest'ultima funzioni a una temperatura normale. Ciò consente di mantenere stabili le prestazioni della batteria prima e dopo cicli ad alta corrente. L'aggiunta di sostanze ad alta conducibilità termica alla paraffina per realizzare materiali a cambiamento di fase compositi contribuisce a migliorare le prestazioni complessive del materiale.
Considerando le tre tipologie di gestione termica sopra descritte, la gestione termica tramite accumulo di calore a cambiamento di fase presenta vantaggi unici e merita ulteriori ricerche, sviluppo industriale e applicazioni.
Inoltre, dal punto di vista dei due aspetti relativi alla progettazione della batteria e allo sviluppo del sistema di gestione termica, questi dovrebbero essere combinati organicamente da una prospettiva strategica e sviluppati in modo sincrono, in modo che la batteria possa adattarsi meglio all'applicazione e allo sviluppo dell'intero veicolo, riducendo i costi complessivi e semplificando l'applicazione e i costi di sviluppo. Ciò permette di creare una piattaforma applicativa, accorciando il ciclo di sviluppo dei veicoli a nuova energia e accelerando la commercializzazione dei diversi modelli.
Data di pubblicazione: 27 aprile 2023
