El diseño del sistema de gestión térmica de la batería de potencia:
Para ajustar la temperatura de la batería para mantenerla en el rango de temperatura adecuado para que la batería funcione; para reducir la diferencia entre la temperatura más alta y la temperatura más baja en el paquete de baterías.
Composición del sistema de refrigeración líquida
El sistema de disipador térmico de refrigeración líquida es una dirección de investigación popular para la gestión térmica de las baterías de energía en la actualidad. Las condiciones óptimas de temperatura de trabajo del paquete de baterías se pueden lograr utilizando el rendimiento del líquido refrigerante, que tiene una gran capacidad térmica y puede eliminar el exceso de calor del sistema de baterías a través de la circulación.
Los componentes básicos del sistema de disipador de calor de refrigeración líquida incluyen: bomba de agua eléctrica, radiador de celda (refrigeración indirecta), sensor de temperatura, sistema de aire acondicionado (compresor, condensador, evaporador), calentador e intercambiador de calor de agua a agua.
Entre ellos, el sistema de aire acondicionado se encarga de brindar refrigeración en condiciones de alta temperatura; el calentador, en condiciones de baja temperatura, se encarga de calentar el refrigerante.
Principios de la transferencia de calor
La intención del diseño del sistema de gestión térmica es transferir el exceso de calor de la batería de energía de campo de nueva energía durante el proceso de carga y descarga, para mantener la batería funcionando dentro de un rango adecuado y la diferencia de temperatura de las celdas en diferentes posiciones. no debe ser demasiado grande. De esta forma, se puede ralentizar la velocidad de envejecimiento de la batería y se puede ralentizar el grado de diferenciación entre diferentes células.
La razón por la que existen diferentes formas de enfriamiento, como el enfriamiento por aire y el enfriamiento por líquido, es que el medio para la transferencia de calor es diferente. En principio, es necesario partir de los diferentes métodos de transferencia de calor. Hay tres formas principales de transmisión de calor: radiación de calor, conducción de calor y convección.
Radiación térmica: Los objetos con una temperatura superior al cero absoluto están irradiando radiación térmica. La radiación térmica no requiere medios y no requiere contacto, y transfiere calor en forma de ondas electromagnéticas. El calor transferido del sol a la tierra es un proceso típico de radiación térmica.
Conducción de calor: El proceso de transferir calor desde un área de alta temperatura a un área de baja temperatura a través de un medio. A diferencia de la radiación térmica, la conducción térmica requiere la existencia de dos condiciones: diferencia de temperatura y medio.
Convección: Flujo relativo dentro de un fluido, impulsado por las diferencias de temperatura.
El calor, dentro de la celda de la batería de energía, se transfiere principalmente a la superficie de la batería por conducción de calor y luego se propaga al espacio circundante por radiación y convección. Si se agrega un sistema de gestión térmica al sistema, el proceso de transferencia de calor se altera parcialmente. Por ejemplo, en la disipación de calor indirecta, el calor se transfiere desde la superficie de la batería a la carcasa del radiador principalmente por conducción de calor, y luego la carcasa se transfiere a la superficie del canal de flujo del radiador por conducción de calor; el calor se transfiere desde la superficie del canal de flujo al refrigerante por conducción de calor. , el refrigerante transfiere calor dentro del refrigerante por convección y sigue el flujo forzado del refrigerante hacia el exterior del paquete de baterías.
Soluciones de gestión térmica para paquetes de baterías
El esquema de gestión térmica del paquete de baterías incluye tres medidas: refrigeración del paquete de baterías, precalentamiento a baja temperatura del paquete de baterías y preservación del calor del paquete de baterías.
Enfriamiento de la batería
La función de refrigeración del sistema de refrigeración líquida se realiza principalmente mediante la circulación de refrigerante a baja temperatura. Si la potencia de disipación de calor requerida es relativamente pequeña, debido a la capacidad de calor relativamente grande del propio refrigerante, no es necesario iniciar el proceso del ciclo y ya se pueden cumplir los requisitos del rango de temperatura establecido.
Hay dos formas principales de enfriamiento del paquete de baterías, enfriamiento directo y enfriamiento indirecto. Enfriamiento directo significa que el medio de enfriamiento fluye directamente desde la superficie de la celda para eliminar el exceso de calor; enfriamiento indirecto significa que el medio de enfriamiento fluye a través de los canales de las tuberías y el radiador, y el radiador está en contacto con la celda para transferir el calor de la celda al enfriamiento.
Calentamiento a baja temperatura de la batería
Originalmente, el compresor puede tener una función de calentamiento, pero su efecto de calentamiento a baja temperatura no es bueno y el consumo de energía es relativamente grande, lo que tiene un gran impacto en la vida útil de la batería; Demasiado baja o simplemente por debajo de la temperatura mínima de descarga para descargar. Por lo tanto, el proceso de calentamiento antes de que arranque el automóvil está diseñado en la estrategia de gestión térmica.
Hay dos formas básicas de precalentamiento a baja temperatura del paquete de baterías: calentamiento interno y calentamiento externo.
Calentamiento interno, utilizando la alimentación de CA fuera del paquete de baterías para calentar el electrolito de la batería hasta que alcance el rango de temperatura aplicable del paquete de baterías. La parte que genera calor es la propia batería, por lo que se denomina calefacción interna.
La calefacción externa utiliza energía externa para calentar el medio que no sea la batería, el medio transfiere el calor a la batería y aumenta gradualmente la temperatura de la batería hasta que alcanza el rango de temperatura adecuado de la batería. El medio externo incluye medio aire y medio líquido, y los elementos generadores de calor incluyen PTC y película calefactora.
La calefacción externa es el método más común. La forma de implementación general es que el paquete de baterías está equipado con un calentador en el interior, que no usa la energía de la batería de alimentación, pero en el estado de estacionamiento, enciende la fuente de alimentación fuera del paquete de baterías y suministra energía al PTC o la película de calentamiento. La fuente de alimentación externa es generalmente la energía eléctrica de la gran red eléctrica. El calentador puede funcionar de acuerdo con la potencia máxima aplicable sin preocuparse por el desperdicio de energía eléctrica, y la tasa de calentamiento general es relativamente alta.
Aislamiento del paquete de baterías
Para los nuevos paquetes de baterías de energía de campo de energía utilizados en áreas de baja temperatura, el cuerpo de la caja generalmente debe diseñarse con medidas de aislamiento térmico para reducir la pérdida de calor de precalentamiento. Evita que la batería vuelva a caer por debajo de la temperatura de funcionamiento cuando el vehículo se detiene durante un breve periodo de tiempo mientras se conduce. Los experimentos han demostrado que la temperatura ambiente es de menos 20 grados. Durante el proceso de precalentamiento, la batería se calienta a 25 grados, el vehículo se deja reposar durante 8 horas y la temperatura desciende a unos 18 grados.
No se proporcionan medidas de aislamiento en todos los vehículos con funciones de gestión térmica. Después de que el vehículo se precaliente y el paquete de baterías entre en estado de funcionamiento, la batería en sí misma generará mucho calor. Si no es un ambiente extremadamente frío y no hay necesidad de estacionamiento a largo plazo, la temperatura de funcionamiento del paquete de baterías se puede mantener mediante el autocalentamiento.
Los principales factores que afectan el efecto de enfriamiento.
Temperatura refrescante.Durante el proceso de enfriamiento, cuanto más baja es la temperatura del refrigerante, más bajas son las temperaturas máxima y mínima de la batería, pero la diferencia entre las dos es grande. Durante el proceso de calentamiento, cuanto mayor sea la temperatura del refrigerante, mayor será la diferencia de temperatura de la batería. Es decir, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el refrigerante y la batería, mayor será la diferencia de temperatura entre las celdas en diferentes posiciones dentro del paquete de batería.
Este fenómeno está relacionado principalmente con los diferentes grados de influencia de la regulación de temperatura del sistema de gestión térmica sobre las células en diferentes posiciones. Algunas celdas tienen una gran área de contacto con el radiador, mientras que otras son relativamente pequeñas; por otro lado, durante la circulación del refrigerante dentro del paquete de baterías, la temperatura cambia constantemente desde la entrada hasta la salida. En diferentes lugares, la diferencia de temperatura entre el refrigerante y las celdas con la misma temperatura corporal es diferente. Solo un diseño térmico preciso puede resolver este problema, no simplemente ajustando la temperatura del refrigerante.
Flujo de refrigerante.Cuanto mayor sea el flujo de refrigerante, más calor se lleva en el mismo período de tiempo. Algunas simulaciones han observado específicamente el modelo de enfriamiento por líquido, otros parámetros permanecen sin cambios y solo se ajusta el flujo del líquido de enfriamiento, el efecto del flujo del líquido de enfriamiento sobre el efecto de enfriamiento. A medida que aumenta el flujo de refrigerante, la temperatura máxima del sistema de batería disminuye, pero la diferencia de temperatura aumenta. Después de pasar una diferencia de temperatura máxima, el flujo continúa aumentando y la diferencia de temperatura comienza a disminuir. En el proceso de continuar aumentando el caudal, la temperatura máxima y la diferencia de temperatura han ido disminuyendo en una dirección.
En la primera mitad del proceso de aumento de flujo, la temperatura máxima disminuye y la diferencia de temperatura aumenta. Las razones son consistentes con el efecto de la disminución continua de la temperatura del refrigerante, que está relacionado con el diseño de la estructura térmica específica. Diferentes efectos de enfriamiento traen diferentes cambios de temperatura. En la segunda mitad de la prueba de aumento de la tasa de flujo, con el aumento de la tasa de flujo, la diferencia de temperatura comenzó a disminuir y continuó disminuyendo, porque la tasa de flujo del refrigerante aumentó hasta cierto punto, en relación con la capacidad de absorción de calor del refrigerante, la batería transferida al calor del refrigerante es relativamente pequeña. De esta manera, por un lado, la influencia sobre la temperatura del líquido refrigerante se vuelve más pequeña, y la diferencia de temperatura entre el líquido refrigerante en diferentes posiciones cerca de la entrada del sistema se vuelve cada vez más pequeña; por otro lado, la diferencia en la capacidad de transferencia de calor causada por la diferencia en el área de transferencia de calor de diferentes celdas es relativamente menor. Como resultado, la diferencia de temperatura general del sistema continúa disminuyendo.
Pero el tráfico no puede seguir aumentando. Por un lado, está relacionado con la cantidad de energía consumida, y es inevitable elegir un flujo con el mejor rendimiento de costos. Por otro lado, mantener un caudal elevado durante mucho tiempo es una prueba de la solidez del sistema de circulación del refrigerante, puede reducirse la vida útil del equipo y, al mismo tiempo, aumentará el riesgo de accidentes.
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