Una revisión rápida sobre el sistema de gestión térmica de baterías de vehículos eléctricos (BTMS)

Una revisión rápida sobre el sistema de gestión térmica de baterías de vehículos eléctricos (BTMS)

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A medida que los vehículos eléctricos se convierten en una tendencia imparable debido a sus cero emisiones y su alta eficiencia desde el tanque hasta las ruedas, la mejora del rendimiento, el costo, la vida útil y la seguridad de la batería se vuelve cada vez más importante. Y el sistema de gestión térmica de la batería (BTMS) es fundamental para el rendimiento de la batería, lo cual es importante para el rendimiento general del sistema de propulsión de los vehículos eléctricos (EV) y los vehículos eléctricos híbridos (HEV). Las tecnologías BTMS son: sistema de refrigeración por aire, sistema de refrigeración líquida, sistema de refrigeración por refrigerante directo, sistema de refrigeración por material de cambio de fase (PCM), sistema de refrigeración termoeléctrico y refrigeración por tubo de calor.

1. Refrigeración y calefacción por aire

Los sistemas de aire utilizan el aire como medio térmico. El aire de admisión puede ser directo de la atmósfera o de la cabina y también puede ser aire acondicionado después de un calentador o evaporador de un acondicionador de aire. El primero se llama sistema de aire pasivo y el segundo es sistema de aire activo. Los sistemas activos pueden ofrecer potencia adicional de refrigeración o calefacción. Un sistema pasivo puede ofrecer algunos cientos de vatios de potencia de refrigeración o calefacción y la potencia de un sistema activo está limitada a 1 kW.

Los dos casos se denominan sistemas de aire forzado porque en ambos casos el aire lo suministra un soplador.

2.Refrigeración y calefacción líquida

La refrigeración líquida es un sistema de refrigeración en el que se utiliza agua como refrigerante para enfriar la batería. Y la refrigeración líquida es el sistema de refrigeración más utilizado debido a su diseño conveniente y buen rendimiento de refrigeración. Generalmente existen dos grupos de líquidos que se aplican a los sistemas de gestión térmica. Uno es el líquido dieléctrico (líquido de contacto directo) que puede contactar directamente con las celdas de la batería, como el aceite mineral. El otro es un líquido conductor (líquido de contacto indirecto) que sólo puede contactar indirectamente con las celdas de la batería, como una mezcla de etilenglicol y agua. Entre estos dos grupos, se prefieren los sistemas de contacto indirecto para lograr un mejor aislamiento entre el módulo de batería y el entorno y, por tanto, un mejor rendimiento de seguridad. Según los diferentes disipadores de calor para la refrigeración, los sistemas líquidos también se pueden clasificar en sistemas pasivos o activos.

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3.Enfriamiento y calentamiento directo de refrigerante

Al igual que los sistemas de líquido activo, un sistema de refrigerante directo (DRS) consta de un circuito de aire acondicionado, pero el DRS utiliza refrigerante directamente como fluido de transferencia de calor que circula a través del paquete de baterías.

4.PCM

El material de cambio de fase absorbe calor durante todo el proceso de fusión y lo conserva como calor latente hasta alcanzar el valor máximo. Además, el PCM siempre se combina durante un período de tiempo, la temperatura permanece en el punto de fusión y luego se retrasa el aumento de temperatura. Por lo tanto, PCM se utiliza como conductor y buffer en BTMS. Además, el PCM siempre se combina con otro sistema BTMS (por ejemplo, enfriado por líquido o por aire) para controlar la temperatura de la celda.

5. Módulo termoeléctrico

El módulo termoeléctrico puede convertir el voltaje eléctrico en diferencia de temperatura y viceversa. Aquí se adopta el efecto anterior. Eso significa que transfiere calor a través del módulo consumiendo electricidad directamente. Se instalan dos ventiladores para mejorar la transferencia de calor por convección forzada. Al combinar un sistema de aire pasivo con un módulo termoeléctrico, el sistema combinado es capaz de enfriar la batería incluso por debajo de la temperatura del aire de admisión, pero la potencia aún está limitada a unos cientos de vatios y menos de un kW. El principal problema de este enfriamiento es la seguridad del sistema, que puede ser una preocupación en caso de emergencia; Puede ocurrir un cortocircuito debido a la fuga de refrigerante en las celdas de la batería, lo que puede causar una falla del vehículo y puede ser fatal. Además, los tubos capilares requieren un diámetro mínimo para mantener una caída de presión adecuada y evitar obstrucciones.

6. Tubo de calor

Además de los módulos termoeléctricos, un tubo de calor es otra forma de mejorar los sistemas de aire pasivo. La envoltura plana de cobre del tubo de calor estaba bajo vacío parcial. La estructura capilar está hecha de polvo de cobre sinterizado. El tubo de calor utiliza agua como fluido de trabajo. El agua en el lado del evaporador absorberá calor y se convertirá en vapor por debajo de los 100°C debido a la baja presión en el interior. El agua en el condensador disipará el calor al entorno y volverá a ser líquida. Este ciclo se repite una y otra vez.