Gestión térmica de la batería
Por qué las placas de frío líquido son esenciales para la refrigeración de la batería de los vehículos eléctricos
Las baterías de iones de litio-han cambiado la forma en que almacenamos y utilizamos la energía. Desde vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía hasta equipos industriales y aplicaciones de carga rápida-, ahora se espera que las baterías proporcionen mayor potencia, mayor tiempo de funcionamiento y velocidades de carga más rápidas.
Sin embargo, una mayor densidad de energía plantea un importante desafío de ingeniería: el calor.
Cada paquete de baterías genera calor durante el funcionamiento. La carga genera calor. La descarga genera calor. Las aplicaciones de alta-potencia, especialmente la carga rápida y la descarga de alta corriente, pueden aumentar aún más la generación de calor.
El desafío no es simplemente eliminar el calor del paquete de baterías. El verdadero desafío es mantener cada celda de la batería dentro de un rango de temperatura estable y al mismo tiempo minimizar las diferencias de temperatura entre las celdas.
Aquí es dondegestión térmica de la bateríase vuelve esencial.
Un sistema de gestión térmica eficaz ayuda a mejorar el rendimiento de la batería, prolongar la vida útil, mantener la eficiencia de carga y reducir los riesgos de seguridad. Para modernobaterías para vehículos eléctricosy sistemas de almacenamiento de energía,refrigeración líquida con placas frías líquidas de aluminiose ha convertido en una de las soluciones más fiables.
Por qué es importante la gestión térmica de la batería
Las baterías de iones de litio-son muy sensibles a la temperatura.
La mayoría de las celdas de iones de litio-funcionan de manera más eficiente dentro de un rango de temperatura relativamente estrecho, generalmente entre 15 y 35 grados. Cuando la temperatura de la batería sale de este rango, el rendimiento electroquímico comienza a disminuir.
Un sistema de gestión térmica de batería (BTMS) está diseñado para controlar la generación y eliminación de calor y la distribución de temperatura en todo el paquete de baterías.
Un sistema de gestión térmica bien-diseñado debe alcanzar tres objetivos principales:
***Mantener las celdas dentro del rango de temperatura de funcionamiento óptimo
***Reducir las diferencias de temperatura entre celdas individuales
***Evita el sobrecalentamiento durante el funcionamiento de alta-potencia
Esto es especialmente importante a medida que los sistemas de baterías se vuelven más potentes.
Por ejemplo, la batería de un vehículo eléctrico puede contener cientos o incluso miles de celdas individuales. Si algunas celdas funcionan significativamente más calientes que otras, todo el paquete de baterías puede sufrir un envejecimiento desigual.
Las células más calientes suelen determinar la limitación general del paquete.
En otras palabras, una batería es tan fuerte como su punto térmico más débil.
¿Qué sucede cuando las baterías se calientan demasiado?
El calor es uno de los factores más importantes que afectan el rendimiento y la vida útil de las baterías de iones de litio-.
Cuando la temperatura de la batería aumenta excesivamente, pueden ocurrir varios problemas.
1. Degradación más rápida de la batería
Las altas temperaturas aceleran reacciones químicas no deseadas dentro de las celdas de iones de litio-.
Con el tiempo, esto puede llevar a:
>>>Capacidad de batería reducida
>>>Mayor resistencia interna
>>>Ciclo de vida más corto
>>>Menor eficiencia de carga
Una batería que funciona continuamente a temperaturas elevadas puede perder rendimiento mucho más rápido en comparación con una batería mantenida en condiciones térmicas controladas.
2. Mayores riesgos de seguridad
El sobrecalentamiento extremo puede crear condiciones peligrosas dentro de las celdas de iones de litio-.
Cuando las temperaturas internas superan los límites seguros, los materiales de la batería pueden volverse inestables. En situaciones graves, esto puede desencadenar una fuga térmica, donde la generación de calor se vuelve autosostenida y se propaga de una celda a otra.
Esta es la razón por la que evitar la acumulación excesiva de calor es un requisito fundamental en el diseño de vehículos eléctricos y baterías de almacenamiento de energía.
3. Rendimiento de carga reducido
La carga rápida supone un estrés térmico significativo para las baterías.
Durante la carga de alta-corriente, los iones de litio se mueven rápidamente entre los electrodos. Si el calor no se puede eliminar de manera efectiva, es posible que sea necesario reducir la velocidad de carga para proteger la salud de la batería.
Esto crea un conflicto directo:
Los clientes quieren una carga más rápida.
Los ingenieros de baterías necesitan un mejor control del calor.
La gestión térmica eficiente ayuda a resolver este desafío al eliminar el calor rápidamente y al mismo tiempo mantener temperaturas celulares estables.
Por qué la uniformidad de la temperatura es igualmente importante
Mucha gente piensa que enfriar la batería sólo consiste en bajar la temperatura.
Sin embargo, la uniformidad de la temperatura es igualmente importante.
Un paquete de baterías puede contener cientos de celdas conectadas entre sí. Si un área del paquete funciona más caliente que otra, esas células envejecerán de manera diferente.
Por ejemplo:
Las células más calientes se degradan más rápido
Las celdas más frías mantienen un mejor rendimiento
El sistema general de gestión de baterías debe limitar el funcionamiento en función de las celdas más débiles.
Por tanto, el objetivo de la gestión térmica de la batería no es simplemente:
"Enfríe la batería".
El verdadero objetivo es:
"Mantenga cada celda funcionando a una temperatura similar y óptima".
Ésta es una de las razones por las quesistemas de refrigeración líquidase han vuelto cada vez más comunes en los paquetes de baterías modernos.
Refrigeración por aire versus refrigeración líquida para paquetes de baterías
Los primeros vehículos eléctricos y los sistemas de baterías de bajo-consumo solían utilizar refrigeración por aire porque era simple, liviano y económico.
Sin embargo, a medida que aumentaron la densidad de energía de la batería y la velocidad de carga, la refrigeración por aire tradicional comenzó a mostrar limitaciones.
Limitaciones de la refrigeración por aire
El aire tiene una conductividad térmica relativamente baja en comparación con el refrigerante líquido.
Incluso con ventiladores y canales de flujo de aire, resulta difícil eliminar grandes cantidades de calor de módulos de batería densamente empaquetados.
Los desafíos comunes incluyen:
Enfriamiento desigual entre celdas
Capacidad de refrigeración limitada
Mayores requisitos de espacio
Mayor ruido de los ventiladores.
Dificultad para soportar la carga rápida
Para aplicaciones de bajo-consumo, la refrigeración por aire aún puede ser adecuada.
Si no fuera porbaterías para vehículos eléctricos de alto-rendimientoy sistemas de almacenamiento de energía, se requiere una mayor capacidad de enfriamiento.
Por qué la refrigeración líquida se ha convertido en la solución preferida
Refrigeración líquidautiliza un refrigerante, normalmente una mezcla de agua-glicol, para transferir el calor de las celdas de la batería.
En comparación con el aire, el refrigerante líquido tiene:
***Mayor capacidad calorífica
***Mejor conductividad térmica
***Capacidad de transferencia de calor más eficiente
A Placa de refrigeración líquida para paquetes de baterías.instalado debajo o al lado de los módulos de batería proporciona una ruta directa de transferencia de calor.
Celda de batería
↓
Material de interfaz térmica (TIM)
↓
↓
Canal de refrigerante
↓
Sistema de refrigeración externo
Este diseño permite eliminar el calor de manera más eficiente y al mismo tiempo mantener una mejor uniformidad de temperatura en todo el paquete de baterías.
Para baterías de vehículos eléctricos modernos, sistemas de almacenamiento de energía y aplicaciones de alta-potencia,refrigeración líquidase ha convertido en el enfoque de gestión térmica preferido.
