En la fase inicial del desarrollo de los vehículos de nueva energía, los fabricantes continuaron con los principios de diseño de los vehículos de combustible para la fabricación de vehículos eléctricos. Durante este tiempo, el motor, la batería y los sistemas de carga producían poco calor. Por lo tanto, los métodos pasivos como el flujo de aire y los disipadores de calor eran suficientes para la refrigeración de la batería. Sin embargo, estos métodos de refrigeración pasiva tenían importantes limitaciones. La refrigeración por flujo de aire se basa en la convección natural o en simples ventiladores, que sólo pueden disipar una cantidad limitada de calor. Los disipadores distribuyen el calor por una gran superficie. Pero dependen del aire que los rodea para absorber y eliminar el calor.
La tecnología de los vehículos eléctricos avanzó. Gracias a motores más potentes, la sobrealimentación y la carga rápida. Pero estos avances sometieron a las baterías a un estrés térmico mucho mayor. Este aumento puso de manifiesto la insuficiencia de los métodos de refrigeración pasiva. El sector necesitaba una solución más eficaz para hacer frente a las nuevas demandas de gestión térmica.
Los motores, la sobrealimentación, la carga rápida y otras tecnologías relacionadas están innovando rápidamente. Aportan grandes retos para la gestión térmica de las baterías. Los métodos pasivos, como la refrigeración por aire, no pueden satisfacer las nuevas exigencias de disipación del calor de las baterías. Esta necesidad ha llevado a la adopción de la refrigeración líquida. Es una forma mejor de deshacerse del calor.
La tecnología de refrigeración líquida ofrece varias ventajas sobre los métodos de refrigeración pasiva. Disipa mejor el calor. Garantiza temperaturas uniformes con la refrigeración líquida. Este sistema ayuda a mantener el rendimiento y la longevidad de la batería gestionando eficazmente el calor generado durante el funcionamiento y la carga. Trumonytechs es un especialista en gestión térmica. Tenemos mucha experiencia en diseño y fabricación. Ofrecemos una amplia gama de productos y diseños. No sólo nos dedicamos a la refrigeración de baterías. También nos dedicamos al almacenamiento de energía, los flujos de calor elevados y las nuevas tecnologías de refrigeración líquida. Esta experiencia garantiza que las necesidades térmicas de los vehículos eléctricos modernos estén bien cubiertas. Soluciona los límites de la refrigeración pasiva anterior.
Índice
Visión general del sistema de refrigeración líquida de la batería
Los motores eléctricos, la sobrealimentación, la carga rápida y las tecnologías relacionadas están innovando rápidamente. Esto está creando grandes retos para la gestión térmica de las baterías. La refrigeración por aire es un método pasivo. No puede satisfacer la nueva demanda de refrigeración de baterías. Por eso se ha sustituido por la refrigeración líquida, un método activo más eficaz.
La tecnología de refrigeración líquida proporciona una mejor disipación del calor. También proporciona una temperatura uniforme mediante un sistema de refrigeración líquida. Esto garantiza el rendimiento y la vida útil de la batería. Las ventajas técnicas específicas incluyen una alta eficiencia de refrigeración, distribución uniforme de la temperatura, diseño flexible y bajo nivel de ruido. Los sistemas de refrigeración líquida proporcionan temperaturas uniformes en toda la batería. Evitan el sobrecalentamiento local. Esto prolonga la vida útil de la batería y estabiliza el rendimiento. Los sistemas de refrigeración líquida son más silenciosos que los ventiladores de los sistemas refrigerados por aire. Aumentan la comodidad de los vehículos eléctricos.
Los sistemas de refrigeración líquida han demostrado importantes resultados y ventajas en aplicaciones reales. El Tesla Model S utiliza un avanzado sistema de refrigeración líquida para gestionar el calor de la batería. En el ciclo de refrigeración líquida, el Model S puede controlar bien la temperatura de la batería. Lo hace durante la conducción de alto rendimiento y la carga rápida. Esto mantiene el vehículo seguro y con un buen rendimiento. Esto permite que el Model S funcione bien durante largos periodos de conducción a alta velocidad y en condiciones meteorológicas extremas. Como líder mundial en la fabricación de baterías, NDT suministra paquetes de baterías con refrigeración líquida para varias marcas de vehículos eléctricos. NDT utiliza la refrigeración líquida para mantener sus paquetes de baterías a baja temperatura. Esto funciona incluso en modos de alta potencia y carga rápida. Mejora la vida útil de las baterías y la eficiencia de la carga.
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Aplicación del sistema de refrigeración líquida en la industria
El sistema se utiliza principalmente en cuatro campos: baterías de potencia, almacenamiento de energía, alta densidad térmica y nuevos componentes de refrigeración líquida.
En el campo de los vehículos eléctricos, el diseño térmico es más complejo que en el de los vehículos de combustible. Esto se debe a que los vehículos eléctricos tienen más motores, baterías y sistemas de control. Esto hace que el calor de las baterías de potencia sea el núcleo del diseño térmico. El rendimiento térmico de la batería de potencia afectará directamente a la eficiencia y el rendimiento de los vehículos de nueva energía. Las baterías de litio de uso común se utilizan como fuente de alimentación del vehículo y se conectan en serie y en paralelo para formar un módulo de batería. Las pilas de litio son muy sensibles a los cambios de temperatura durante su reacción electroquímica. Normalmente deben mantenerse entre 15℃ y 35℃. Una temperatura demasiado alta o demasiado baja afectará a su seguridad y rendimiento.
La refrigeración líquida tiene ventajas únicas. Cumple los requisitos de temperatura de la batería. Dispone de dos circuitos para refrigeración y calefacción. Los sistemas de refrigeración líquida tienen mayor capacidad térmica que la refrigeración por aire. También tienen una baja resistencia al flujo y una alta eficiencia de transferencia de calor. La densidad energética aumenta. La carga y la descarga son cada vez más rápidas. Por eso, la refrigeración líquida se está convirtiendo en la primera opción para la mayoría de los fabricantes de vehículos de nueva energía.
En el campo del almacenamiento de energía, los sistemas de refrigeración líquida son igualmente importantes. Los grandes sistemas de almacenamiento de energía suelen tener que gestionar grandes cantidades de calor, sobre todo durante los ciclos de alta potencia y carga/descarga. Los sistemas de refrigeración líquida pueden controlar bien la temperatura de la batería. Evitan el sobrecalentamiento y garantizan el funcionamiento estable del sistema durante mucho tiempo. También mejoran la vida útil y la seguridad del sistema de almacenamiento de energía.
Aplicaciones de alta densidad de flujo térmico, como centros de datos y la informática de alto rendimiento, están experimentando un rápido crecimiento en el uso de la refrigeración líquida. Los métodos tradicionales de refrigeración por aire ya no pueden satisfacer las crecientes necesidades de disipación de calor de estos dispositivos. Los sistemas de refrigeración líquida pueden manejar mucho calor en poco espacio. Lo consiguen gracias a una eficaz transferencia y disipación del calor. Esto mejora enormemente la eficacia y fiabilidad de los equipos.
Los nuevos componentes transfieren el calor mediante refrigeración líquida. Han ampliado los usos de la tecnología. Estas piezas utilizan materiales y diseños avanzados para mejorar el intercambio de calor. Pueden utilizarse en muchas industrias y negocios. Por ejemplo, los aviones eléctricos y las motocicletas eléctricas rápidas también están empezando a utilizar la tecnología de refrigeración líquida. Aumenta su rendimiento térmico.
Los sistemas refrigerados por líquido ofrecen muchas ventajas técnicas. Pueden consultarse en superan a otros métodos de disipación del calorcomo la refrigeración por aire. En primer lugar, los sistemas refrigerados por líquido tienen una mejor transferencia de calor. Pueden eliminar rápidamente grandes cantidades de calor. En segundo lugar, los sistemas de refrigeración líquida pueden lograr una distribución más uniforme de la temperatura, evitando el sobrecalentamiento localizado y mejorando la fiabilidad general del sistema. Además, los sistemas de refrigeración líquida son más flexibles. Pueden personalizarse para satisfacer necesidades específicas. En cambio, los ventiladores y las vías de aire limitan la refrigeración de los sistemas refrigerados por aire.
Componentes del sistema de refrigeración líquida de la batería
El sistema de refrigeración líquida de la batería consta de los siguientes componentes:
Placa de refrigeración líquida: La placa de refrigeración líquida es el componente central de la gestión térmica. Suele estar fabricada con materiales de excelente conductividad térmica, como el aluminio y el cobre. Las piezas de disipación de calor se encuentran en la superficie de la placa de refrigeración. El refrigerante que pasa por los canales internos de la placa absorbe allí el calor. Este diseño maximiza la transferencia de calor. Garantiza temperaturas uniformes. Esto es crucial para mantener la estabilidad y el rendimiento de la batería en muchas condiciones.
Sistema de circulación de refrigeración líquida: Este sistema incluye canales de refrigeración y bombas eléctricas. También incluye el recorrido del refrigerante y otras piezas relacionadas. Los canales de refrigeración están diseñados para transferir y disipar eficazmente el calor. Las bombas eléctricas impulsan el refrigerante. Garantizan la eliminación continua y eficaz del calor de la batería.
Líquido refrigerante: También conocido como fluido de transferencia de calor, el fluido refrigerante se utiliza para conducir el calor desde los componentes que necesitan refrigeración a otras partes del sistema. Los mejores fluidos refrigerantes tienen una gran capacidad térmica. También tienen baja viscosidad y no son tóxicos, químicamente inertes y eléctricamente aislantes. Los fluidos refrigerantes más comunes son el agua, las mezclas de agua y glicol, el aceite mineral y los fluidos fluorados. Cada uno es adecuado para distintas aplicaciones, en función de sus propiedades específicas.
Sistema de control: El sistema de control suele constar de sensores de temperatura, unidades de control y actuadores. Supervisa y regula la temperatura de la batería para garantizar que se mantiene dentro de un rango seguro. Los sensores de temperatura proporcionan datos en tiempo real, que la unidad de control utiliza para ajustar el caudal y la temperatura del refrigerante. A continuación, los actuadores ejecutan las operaciones necesarias siguiendo las instrucciones de la unidad de control.
Ventilador de refrigeración: El ventilador de refrigeración ayuda a eliminar el calor residual restante expulsándolo al ambiente exterior. El refrigerante se lleva la mayor parte del calor. Pero el ventilador proporciona refrigeración adicional cuando es necesario. Esto es crucial con cargas elevadas o en condiciones extremas. Garantiza el funcionamiento fiable del sistema.
Selección del líquido refrigerante
El refrigerante se refiere generalmente al fluido que rodea o fluye a través de un sistema utilizado para la transferencia de calor. El mejor refrigerante tiene una alta capacidad calorífica. También tiene baja viscosidad, es asequible, no tóxico, químicamente inerte, no corrosivo y eléctricamente aislante. A continuación se comparan varios refrigerantes, detallando sus propiedades y casos de uso.
| Tipo de refrigerante | Conductividad térmica | Viscosidad | Coste | Toxicidad | Aislamiento | Características principales |
| Agua | Alta | Bajo | Muy bajo | No tóxico | No aislante | Excelente conductividad térmica y capacidad calorífica; no aislante |
| Mezcla de agua y glicol | Moderado | Moderado | Bajo | No tóxico | No aislante | Alto punto de ebullición, propiedades anticongelantes; mejora el rendimiento del refrigerante |
| Aceite mineral | Moderado | Bajo | Moderado | Baja toxicidad | Aislante | Buena conductividad térmica, rendimiento lubricante, estabilidad; riesgo de combustión |
| Fluidos fluorados | Moderado | Bajo | Alta | Baja toxicidad | Alto aislamiento | Baja toxicidad, alto aislamiento eléctrico, excelente estabilidad térmica e inercia química |
Agua: El agua tiene una gran conductividad y capacidad térmica. Suele utilizarse en sistemas que no necesitan aislamiento eléctrico directo. Por ejemplo, en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y en algunas industrias, el agua enfría bien pero suele mantenerse alejada de las piezas eléctricas.
Mezcla de agua y glicol: Este refrigerante se utiliza ampliamente en aplicaciones de automoción, incluidos los vehículos eléctricos. La mezcla tiene un punto de ebullición elevado. También tiene propiedades anticongelantes. Esto lo hace ideal para lugares con temperaturas extremas. Por ejemplo, muchos fabricantes de vehículos eléctricos utilizan mezclas de agua y glicol. Las utilizan para gestionar bien las temperaturas de la batería durante la carga rápida y la conducción de alto rendimiento.
Aceite mineral: El aceite mineral es conocido por sus propiedades aislantes. Suele utilizarse en transformadores eléctricos para refrigerar y aislar. Ofrece buena conductividad térmica y estabilidad, aunque plantea un riesgo de combustión a altas temperaturas. Algunos centros de datos también utilizan aceite mineral en sistemas de refrigeración por inmersión para gestionar el calor generado por los servidores.
Fluidos fluorados: Primero se utilizaron para limpiar placas de circuitos. Pero se han extendido a la refrigeración de alta gama. Esto se debe a que no son muy tóxicos y aíslan bien. Además, son muy estables a altas temperaturas. Ahora son habituales en los grandes sistemas de refrigeración sumergidos. Se utilizan en centros de datos para refrigerar servidores. Proporcionan una forma eficaz y segura de gestionar el calor.
Principio del sistema de refrigeración líquida
Un sistema de refrigeración líquida para vehículos de nueva energía tiene un principio básico. Consiste en mantener cada componente funcionando bien y de forma fiable. Para ello, hace circular líquido refrigerante que absorbe el calor de los componentes de disipación térmica. El sistema mantiene los componentes a la temperatura adecuada.
El sistema consta de piezas como hervidores de expansión, condensadores, ventiladores de refrigeración, bombas de agua, electroválvulas de tres vías y tubos de refrigeración de la batería. Aquí tienes un desglose paso a paso del principio de funcionamiento:
Absorción de calor: El refrigerante fluye a través de las placas de refrigeración líquidas, que están unidas a las celdas de la batería. Cuando la batería funciona, genera calor. El refrigerante absorbe este calor de las celdas de la batería.
Transferencia de calor: A continuación, el refrigerante calentado pasa al condensador. En el condensador, el refrigerante libera el calor absorbido al aire circundante, ayudado por los ventiladores de refrigeración. Este proceso enfría el refrigerante.
Presurización: Tras enfriarse en el condensador, el refrigerante entra en la bomba de agua electrónica. La bomba presuriza el refrigerante para garantizar que circule eficazmente por el sistema.
Intercambio de calor: El refrigerante está presurizado. Fluye a través de los sistemas eléctricos de control y accionamiento. Absorbe el calor adicional de estas piezas. Esto mantiene la temperatura de estos sistemas dentro de los rangos óptimos.
Regulación de la temperatura: El caudal de refrigerante se regula mediante una válvula solenoide de tres vías. En función de las necesidades de refrigeración, la válvula dirige el refrigerante de vuelta a la batería o a un sistema de refrigeración auxiliar.
Circulación del refrigerante: El refrigerante enfriado se recircula de nuevo a las placas de refrigeración líquida para absorber más calor de las celdas de la batería, y el ciclo se repite.
En comparación con los sistemas refrigerados por aire, las ventajas técnicas de los sistemas refrigerados por líquido son más evidentes. La refrigeración líquida proporciona una mayor eficacia de refrigeración y un mejor equilibrio de la temperatura. Esto se debe a la mayor capacidad térmica y conductividad térmica del refrigerante en comparación con el aire. Los sistemas de refrigeración líquida también retienen más calor, tienen menos resistencia al flujo y transfieren mejor el calor. La densidad energética aumenta. La velocidad de carga también. Por eso, la refrigeración líquida se está convirtiendo en la primera opción para los fabricantes de vehículos de nueva energía.
Conclusión
Los sistemas de refrigeración líquida son cruciales en la gestión térmica de las baterías, ya que garantizan su estabilidad y rendimiento en diversas condiciones de funcionamiento mediante una transferencia de calor eficiente y una distribución uniforme de la temperatura. En comparación con los métodos tradicionales de refrigeración por aire, los sistemas de refrigeración líquida tienen una mayor eficiencia de disipación del calor y una menor resistencia al flujo, y se han convertido en la opción preferida de los principales fabricantes de vehículos de nueva energía, como Tesla, Ningde Times y General Motors. En el futuro, a medida que la densidad energética de las baterías y las velocidades de carga y descarga sigan aumentando, la tecnología de refrigeración líquida mostrará un potencial aún mayor en vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía y aplicaciones de alta densidad de flujo térmico. Si desea más información o busca un profesional solución de gestión térmicano dude en póngase en contacto con Trumonytechs y nuestro equipo de expertos le proporcionará apoyo y servicios completos.
PREGUNTAS FRECUENTES
Un sistema de refrigeración líquida de la batería utiliza refrigerante que circula. Controla la temperatura de la batería. Esto garantiza un funcionamiento seguro y eficiente.
La refrigeración líquida transfiere mejor el calor. Proporciona temperaturas uniformes y detiene los puntos calientes. Esto mejora el rendimiento.
Los componentes clave incluyen placas de refrigeración, refrigerante, un sistema de circulación, un sistema de control y ventiladores de refrigeración. Todos ellos trabajan juntos para lograr una gestión eficiente del calor.
Los refrigerantes más comunes son el agua, las mezclas de agua y glicol, el aceite mineral y los fluidos fluorados. Cada uno de ellos se elige en función de las necesidades térmicas y medioambientales específicas.
Mejora la gestión térmica. Este prolonga la duración de la batería y aumenta el rendimiento. Es ideal para aplicaciones de alta potencia, como la carga rápida y la conducción intensa.
