Gestió tèrmica de la bateria
Per què les plaques fredes líquides són essencials per a la refrigeració de la bateria dels vehicles elèctrics
Les bateries d'ions de liti-han canviat la manera d'emmagatzemar i utilitzar l'energia. Des de vehicles elèctrics i sistemes d'emmagatzematge d'energia fins a equips industrials i aplicacions de càrrega ràpida-, ara s'espera que les bateries proporcionin més potència, un temps de funcionament més llarg i velocitats de càrrega més ràpides.
Tanmateix, una densitat d'energia més alta comporta un repte d'enginyeria important: la calor.
Cada paquet de bateries genera calor durant el funcionament. La càrrega genera calor. La descàrrega genera calor. Les aplicacions d'alta-potència, especialment la càrrega ràpida i la descàrrega de corrent elevada, poden augmentar encara més la generació de calor.
El repte no és simplement eliminar la calor de la bateria. El veritable repte és mantenir totes les cèl·lules de la bateria dins d'un rang de temperatura estable alhora que es minimitzen les diferències de temperatura entre les cèl·lules.
Aquí és ongestió tèrmica de la bateriaesdevé essencial.
Un sistema de gestió tèrmica eficaç ajuda a millorar el rendiment de la bateria, allargar la vida útil, mantenir l'eficiència de càrrega i reduir els riscos de seguretat. Per modernBateries EVi sistemes d'emmagatzematge d'energia,refrigeració líquida amb plaques fredes líquides d'aluminis'ha convertit en una de les solucions més fiables.
Per què és important la gestió tèrmica de la bateria
Les bateries d'ions de liti-són molt sensibles a la temperatura.
La majoria de cèl·lules d'ions de liti-funcionen de manera més eficient dins d'un rang de temperatura relativament estret, normalment entre 15 i 35 graus . Quan la temperatura de la bateria es mou fora d'aquest rang, el rendiment electroquímic comença a disminuir.
Un sistema de gestió tèrmica de la bateria (BTMS) està dissenyat per controlar la generació de calor, l'eliminació de la calor i la distribució de la temperatura al llarg de la bateria.
Un sistema de gestió tèrmica-ben dissenyat ha d'assolir tres objectius principals:
*** Mantenir les cèl·lules dins del rang de temperatura de funcionament òptim
***Reduir les diferències de temperatura entre cèl·lules individuals
***Evita el sobreescalfament durant l'operació d'alta-potència
Això és especialment important a mesura que els sistemes de bateries es tornen més potents.
Per exemple, la bateria d'un vehicle elèctric pot contenir centenars o fins i tot milers de cèl·lules individuals. Si algunes cèl·lules funcionen significativament més calentes que altres, tot el paquet de bateries pot patir un envelliment desigual.
Les cèl·lules més calentes solen determinar la limitació general del paquet.
En altres paraules, una bateria només és tan forta com el seu punt tèrmic més feble.
Què passa quan les bateries s'escalfen massa?
La calor és un dels factors més importants que afecta el rendiment i la vida útil de la bateria d'ions de liti-.
Quan la temperatura de la bateria augmenta excessivament, es poden produir diversos problemes.
1. Degradació més ràpida de la bateria
Les altes temperatures acceleren reaccions químiques no desitjades dins de les cèl·lules-d'ions de liti.
Amb el temps, això pot conduir a:
>>>Capacitat de la bateria reduïda
>>>Augment de la resistència interna
>>>Cicle de vida més curt
>>>Menor eficiència de càrrega
Una bateria que funciona contínuament a temperatures elevades pot perdre rendiment molt més ràpidament en comparació amb una bateria mantinguda en condicions tèrmiques controlades.
2. Augment dels riscos de seguretat
El sobreescalfament extrem pot crear condicions perilloses dins de les cèl·lules d'ions de liti-.
Quan les temperatures internes superen els límits segurs, els materials de la bateria poden tornar-se inestables. En situacions greus, això pot desencadenar una fugida tèrmica, on la generació de calor esdevé autosuficient i es propaga d'una cèl·lula a una altra.
És per això que prevenir l'acumulació excessiva de calor és un requisit fonamental en el disseny de bateries d'emmagatzematge d'energia i vehicles elèctrics.
3. Rendiment de càrrega reduït
La càrrega ràpida suposa un estrès tèrmic important a les bateries.
Durant la càrrega de corrent alta-, els ions de liti es mouen ràpidament entre els elèctrodes. Si la calor no es pot eliminar de manera eficaç, és possible que s'hagi de reduir la velocitat de càrrega per protegir la salut de la bateria.
Això crea un conflicte directe:
Els clients volen una càrrega més ràpida.
Els enginyers de bateries necessiten un millor control de la calor.
La gestió tèrmica eficient ajuda a resoldre aquest repte eliminant la calor ràpidament i mantenint les temperatures estables de les cel·les.
Per què és tan important la uniformitat de la temperatura
Molta gent pensa que el refredament de la bateria només consisteix en baixar la temperatura.
Tanmateix, la uniformitat de la temperatura és igualment important.
Una bateria pot contenir centenars de cel·les connectades entre si. Si una àrea del paquet funciona més calenta que una altra, aquestes cèl·lules envelliran de manera diferent.
Per exemple:
Les cèl·lules més calentes es degraden més ràpidament
Les cèl·lules més fresques mantenen un millor rendiment
El sistema global de gestió de la bateria ha de limitar el funcionament en funció de les cèl·lules més febles
Per tant, l'objectiu de la gestió tèrmica de la bateria no és simplement:
"Fer la bateria més fresca".
L'objectiu real és:
"Mantingueu totes les cèl·lules funcionant a una temperatura similar i òptima".
Aquesta és una de les raons per les qualssistemes de refrigeració líquidas'han tornat cada cop més habituals en les bateries modernes.
Refrigeració per aire vs refrigeració líquida per a bateries
Els primers vehicles elèctrics i els sistemes de bateries de baixa-potència sovint utilitzaven refrigeració per aire perquè era senzill, lleuger i econòmic.
Tanmateix, a mesura que augmentava la densitat d'energia de la bateria i la velocitat de càrrega, la refrigeració per aire tradicional va començar a mostrar limitacions.
Limitacions de la refrigeració per aire
L'aire té una conductivitat tèrmica relativament baixa en comparació amb el refrigerant líquid.
Fins i tot amb ventiladors i canals de flux d'aire, es fa difícil eliminar grans quantitats de calor dels mòduls de bateries densament empaquetats.
Els reptes comuns inclouen:
Refredament desigual entre cèl·lules
Capacitat de refrigeració limitada
Requisits d'espai més grans
Major soroll dels ventiladors
Dificultat per suportar la càrrega ràpida
Per a aplicacions de baixa-potència, la refrigeració per aire encara pot ser adequada.
Però perbateries de vehicles elèctrics{0}}d'alt rendimenti sistemes d'emmagatzematge d'energia, es requereix una capacitat de refrigeració més forta.
Per què la refrigeració líquida s'ha convertit en la solució preferida
Refrigeració líquidautilitza un refrigerant, normalment una mescla d'aigua-glicol, per transferir la calor de les cèl·lules de la bateria.
En comparació amb l'aire, el refrigerant líquid té:
***Major capacitat calorífica
*** Millor conductivitat tèrmica
*** Capacitat de transferència de calor més eficient
A Placa de refrigeració líquida per a bateriesinstal·lat a sota o al costat dels mòduls de la bateria proporciona una ruta de transferència directa de calor.
Cèl·lula de bateria
↓
Material d'interfície tèrmica (TIM)
↓
↓
Canal de refrigeració
↓
Sistema de refrigeració extern
Aquest disseny permet eliminar la calor de manera més eficient mentre es manté una millor uniformitat de temperatura a tota la bateria.
Per a bateries de vehicles elèctrics moderns, sistemes d'emmagatzematge d'energia i aplicacions d'alta-potència,refrigeració líquidas'ha convertit en l'enfocament preferit de gestió tèrmica.
