Gerenciamento térmico da bateria
Por que as placas frias líquidas são essenciais para o resfriamento de baterias EV
As baterias de-íon de lítio mudaram a maneira como armazenamos e usamos energia. De veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia a equipamentos industriais e aplicações de carregamento-rápido, espera-se agora que as baterias forneçam maior potência, maior tempo de operação e velocidades de carregamento mais rápidas.
No entanto, a maior densidade de energia traz um desafio de engenharia significativo: o calor.
Cada bateria gera calor durante a operação. O carregamento cria calor. A descarga cria calor. Aplicações de alta-potência, especialmente carregamento rápido e descarga de alta corrente, podem aumentar ainda mais a geração de calor.
O desafio não é simplesmente remover o calor da bateria. O verdadeiro desafio é manter cada célula da bateria dentro de uma faixa de temperatura estável e, ao mesmo tempo, minimizar as diferenças de temperatura entre as células.
É aqui quegerenciamento térmico da bateriatorna-se essencial.
Um sistema de gestão térmica eficaz ajuda a melhorar o desempenho da bateria, prolongar a vida útil, manter a eficiência do carregamento e reduzir os riscos de segurança. Para modernoBaterias EVe sistemas de armazenamento de energia,resfriamento líquido com placas frias líquidas de alumíniotornou-se uma das soluções mais confiáveis.
Por que o gerenciamento térmico da bateria é importante
As baterias de íon-de lítio são altamente sensíveis à temperatura.
A maioria das células de íon-lítio opera com mais eficiência dentro de uma faixa de temperatura relativamente estreita, normalmente em torno de 15 a 35 graus . Quando a temperatura da bateria sai dessa faixa, o desempenho eletroquímico começa a diminuir.
Um sistema de gerenciamento térmico de bateria (BTMS) é projetado para controlar a geração de calor, remoção de calor e distribuição de temperatura por toda a bateria.
Um sistema-de gerenciamento térmico bem projetado precisa atingir três objetivos principais:
***Mantenha as células dentro da faixa ideal de temperatura operacional
***Reduza as diferenças de temperatura entre células individuais
***Evite o superaquecimento durante operações-de alta potência
Isto é especialmente importante à medida que os sistemas de bateria se tornam mais potentes.
Por exemplo, uma bateria de veículo elétrico pode conter centenas ou até milhares de células individuais. Se algumas células funcionarem significativamente mais quentes do que outras, toda a bateria poderá sofrer envelhecimento irregular.
As células mais quentes geralmente determinam a limitação geral do pacote.
Em outras palavras, uma bateria é tão forte quanto seu ponto térmico mais fraco.
O que acontece quando as baterias ficam muito quentes?
O calor é um dos maiores fatores que afetam o desempenho e a vida útil da bateria de íons de lítio.
Quando a temperatura da bateria aumenta excessivamente, vários problemas podem ocorrer.
1. Degradação mais rápida da bateria
As altas temperaturas aceleram reações químicas indesejadas dentro das células de íons de lítio.
Com o tempo, isso pode levar a:
>>>Capacidade reduzida da bateria
>>>Maior resistência interna
>>>Ciclo de vida mais curto
>>>Menor eficiência de carregamento
Uma bateria que funciona continuamente a temperaturas elevadas pode perder desempenho muito mais rapidamente em comparação com uma bateria mantida sob condições térmicas controladas.
2. Aumento dos riscos de segurança
O superaquecimento extremo pode criar condições perigosas dentro das células de íons de lítio.
Quando as temperaturas internas sobem além dos limites seguros, os materiais da bateria podem ficar instáveis. Em situações graves, isso pode desencadear fuga térmica, onde a geração de calor se torna auto-sustentável e se espalha de uma célula para outra.
É por isso que evitar a acumulação excessiva de calor é um requisito fundamental no design de veículos elétricos e de baterias de armazenamento de energia.
3. Desempenho de carregamento reduzido
O carregamento rápido coloca um estresse térmico significativo nas baterias.
Durante o carregamento-de alta corrente, os íons de lítio se movem rapidamente entre os eletrodos. Se o calor não puder ser removido de forma eficaz, poderá ser necessário reduzir a velocidade de carregamento para proteger a saúde da bateria.
Isso cria um conflito direto:
Os clientes querem um carregamento mais rápido.
Os engenheiros de baterias precisam de um melhor controle de calor.
O gerenciamento térmico eficiente ajuda a resolver esse desafio, removendo o calor rapidamente e mantendo a temperatura estável das células.
Por que a uniformidade da temperatura é tão importante
Muitas pessoas pensam que o resfriamento da bateria consiste apenas em reduzir a temperatura.
No entanto, a uniformidade da temperatura é igualmente importante.
Uma bateria pode conter centenas de células conectadas entre si. Se uma área da embalagem funcionar mais quente do que outra, essas células envelhecerão de maneira diferente.
Por exemplo:
Células mais quentes degradam-se mais rapidamente
Células mais frias mantêm melhor desempenho
O sistema geral de gerenciamento de bateria deve limitar a operação com base nas células mais fracas
Portanto, o objetivo do gerenciamento térmico da bateria não é simplesmente:
"Deixe a bateria mais fria."
O verdadeiro objetivo é:
"Mantenha cada célula operando a uma temperatura semelhante e ideal."
Esta é uma razão pela qualsistemas de refrigeração líquidatornaram-se cada vez mais comuns em baterias modernas.
Resfriamento a ar versus resfriamento líquido para baterias
Os primeiros veículos elétricos e sistemas de bateria de baixa{0}}potência geralmente usavam refrigeração a ar porque era simples, leve e barato.
No entanto, à medida que a densidade de energia da bateria e a velocidade de carregamento aumentaram, o arrefecimento a ar tradicional começou a apresentar limitações.
Limitações do resfriamento de ar
O ar tem uma condutividade térmica relativamente baixa em comparação com o refrigerante líquido.
Mesmo com ventiladores e canais de fluxo de ar, torna-se difícil remover grandes quantidades de calor de módulos de bateria densamente compactados.
Os desafios comuns incluem:
Resfriamento desigual entre células
Capacidade de refrigeração limitada
Requisitos de espaço maiores
Maior ruído dos ventiladores
Dificuldade em suportar carregamento rápido
Para aplicações-de baixo consumo de energia, o resfriamento a ar ainda pode ser adequado.
Mas parabaterias EV de alto-desempenhoe sistemas de armazenamento de energia, é necessária uma maior capacidade de refrigeração.
Por que o resfriamento líquido se tornou a solução preferida
Resfriamento líquidousa um refrigerante, geralmente uma mistura de água-glicol, para transferir o calor das células da bateria.
Comparado com o ar, o refrigerante líquido possui:
***Maior capacidade de calor
***Melhor condutividade térmica
***Capacidade de transferência de calor mais eficiente
A placa de resfriamento líquido para bateriasinstalado abaixo ou ao lado dos módulos de bateria fornece um caminho direto de transferência de calor.
Célula de bateria
↓
Material de interface térmica (TIM)
↓
↓
Canal de refrigeração
↓
Sistema de refrigeração externo
Este design permite que o calor seja removido de forma mais eficiente, mantendo uma melhor uniformidade de temperatura em toda a bateria.
Para baterias de veículos elétricos modernos, sistemas de armazenamento de energia e aplicações-de alta potência,refrigeração líquidatornou-se a abordagem preferida de gerenciamento térmico.
