Na atual indústria de veículos eléctricos em rápido desenvolvimento, a gestão térmica tornou-se um fator-chave que afecta o desempenho e a segurança dos veículos eléctricos. À medida que a tecnologia dos veículos de energia nova continua a avançar, os sistemas de baterias estão a tornar-se mais complexos, tornando a gestão térmica um desafio. Como fornecedor líder de soluções de gestão térmica, a Trumonytechs está empenhada em resolver estes desafios e garantir que o sistema de baterias dos veículos eléctricos funciona de forma eficiente e eficaz dentro da gama de temperaturas ideal.
Na próxima secção, analisaremos mais detalhadamente a importância da gestão térmica na indústria dos veículos eléctricos, os problemas específicos que enfrenta e as soluções eficazes que o podem ajudar a compreender e a enfrentar plenamente os desafios técnicos nesta área.
Índice
A importância da gestão térmica
Os veículos de energia nova são produtos industriais complexos. Têm muitas peças. A bateria eléctrica é o seu núcleo. Por isso, é fundamental vencer os desafios térmicos na indústria dos veículos eléctricos. Eles são necessários para garantir o funcionamento seguro, eficiente e estável do veículo.
As pilhas eléctricas funcionam melhor a uma temperatura entre 20°C e 35°C. Se estiver demasiado frio, a capacidade de carga e descarga da bateria irá diminuir muito. Se a temperatura for demasiado elevada, as células da bateria serão afectadas. Isto pode causar fuga térmica. Estudos demonstram que a manutenção deste intervalo de temperatura pode aumentar significativamente a vida útil e o desempenho da bateria, reduzindo a probabilidade de avarias.
Estes sistemas são cruciais. Aquecem a bateria quando está fria e arrefecem-na quando está quente. Este controla a temperatura da bateria. Mantém-na numa boa gama e assegura a sua consistência. Isto torna a bateria de potência fiável e eficiente.
Em 2018, um famoso fabricante de veículos eléctricos foi alvo de uma grande recolha. Foi devido ao sobreaquecimento da bateria. Este problema levou a que vários veículos se incendiassem. Este incidente mostrou a extrema necessidade de bons sistemas térmicos nos veículos eléctricos.
Quer saber mais sobre como otimizar a gestão térmica do seu veículo elétrico ou sistema de armazenamento de energia? Preencha o formulário abaixo e a nossa equipa de especialistas entrará em contacto consigo para uma consulta gratuita.
Factores que afectam a gestão térmica das baterias para automóveis
Controlo constante da temperatura nas baterias de veículos eléctricos
A densidade de energia das baterias de potência em veículos de energia nova está a aumentar com os avanços da indústria. No entanto, esta elevada densidade de energia gera muito calor. Isto acontece durante o carregamento e o descarregamento. As temperaturas elevadas afectam negativamente o desempenho da bateria, tornando a dissipação eficiente do calor uma questão crítica.
Arrefecimento líquido: Este método utiliza placas arrefecidas por líquido em contacto com a bateria para transferir o calor para fora da bateria através do líquido de arrefecimento nas placas. Oferece uma elevada eficiência, mas requer sistemas complexos e uma gestão do risco de fugas.
Arrefecimento do ar: Mais simples do que o arrefecimento líquido, este método utiliza o fluxo de ar para dissipar o calor. É menos eficiente, mas mais fácil de implementar.
Materiais de mudança de fase: Estes materiais absorvem o calor durante as transições de fase. Também o libertam. As transições são de sólido para líquido e vice-versa. Este processo permite uma gestão térmica passiva. No entanto, a sua integração pode ser complexa e dispendiosa.
Distribuição desigual da temperatura da célula
Os limites da capacidade de produção, o material das células e o espaço no conjunto de baterias podem causar temperaturas irregulares. Isto pode levar a um sobreaquecimento em algumas áreas.
Materiais de interface térmica: Estes materiais melhoram a condução do calor entre as células. Arrefecem os componentes e uniformizam a temperatura.
Conceção modular: Conceção baterias em módulos mais pequenos e manejáveis pode ajudar. Permite obter temperaturas mais homogéneas em toda a embalagem.
Restrições de dissipação de calor
O movimento do calor dentro do módulo da bateria é limitado pela forma como se dissipa, pelo design do conjunto, pelo seu material e pela disposição. Estes factores, em conjunto, tornam a dissipação eficiente do calor mais difícil.
Conceção da embalagem: A otimização da disposição pode melhorar o fluxo de ar e a condução do calor. Isto pode melhorar significativamente a dissipação de calor.
Seleção de materiais: A utilização de materiais com elevada condutividade térmica pode ajudar. Estes materiais fazem com que as baterias transfiram melhor o calor.
Conceção do percurso de arrefecimento: A conceção eficiente dos percursos de arrefecimento garante que o líquido de arrefecimento possa transportar eficazmente o calor das áreas críticas.
Um exemplo notável é a utilização pela Tesla de um sistema de arrefecimento líquido no seu Modelo S. O sistema é altamente eficiente. Mantém a bateria à temperatura correcta, o que garante um elevado desempenho e segurança. A Nissan utiliza o arrefecimento a ar no seu modelo Leaf. É menos eficiente, mas suficiente para a conceção da bateria.
Identificação de problemas comuns de gestão térmica em veículos eléctricos
Perigos de problemas de sobreaquecimento
O sobreaquecimento pode danificar as baterias eléctricas. Pode ter impactos graves. Os principais perigos são:
Decaimento da capacidade da bateria: Num ambiente de funcionamento sobreaquecido, as reacções electroquímicas das baterias de iões de lítio intensificam-se rapidamente. A taxa de transferência de electrões da bateria é mais rápida do que a taxa de difusão dos iões de lítio. Assim, o elétrodo positivo pode conter menos iões de lítio. Isto reduz a capacidade da bateria.
Desempenho reduzido da bateria: As temperaturas elevadas no interior da bateria podem danificar as estruturas da célula. Isto inclui os materiais dos eléctrodos e os electrólitos. Estes danos são a causa principal. Reduz o desempenho e a potência da bateria.
Redução dos tempos de ciclo: Carregar e descarregar em condições de calor elevado acelera o envelhecimento das células de lítio. Este facto reduz a sua duração de vida e o número de ciclos que podem suportar.
Risco de fuga térmica: As temperaturas elevadas podem reduzir consideravelmente a segurança da bateria. Isto aumenta o risco de fuga térmica. Isto pode levar a acidentes graves, como incêndios ou explosões da bateria. As temperaturas elevadas agravam este risco, tornando a gestão térmica crucial para a segurança.
Distribuição desigual da temperatura: Temperaturas irregulares no interior da bateria podem levar a taxas de reação inconsistentes nas células. Isto prejudica o desempenho e a eficiência da bateria.
Problemas que enfrentam uma dissipação de calor eficaz
A dissipação efectiva de calor em baterias de potência está sujeita a várias restrições e limitações:
Mecanismos de transferência de calor: A condução é a transferência direta de calor através de matéria sólida. No entanto, os materiais isolantes limitam a condução de calor entre os módulos de células nas baterias eléctricas.
Desafios da convecção: A convecção transfere o calor através do movimento dos fluidos. Nos grupos electrogéneos, o espaço é limitado. As formas complexas restringem o fluxo de fluidos e reduzem o desempenho térmico.
Dissipação de calor por radiação: A radiação é a transferência de calor de um objeto quente para um ambiente mais frio através da radiação. Este não é o mecanismo principal nos grupos electrogéneos. A dissipação de calor é influenciada pelas diferenças de temperatura e pelas características da superfície.
Resolver os problemas de gestão térmica com tecnologias avançadas
A indústria está a lutar contra estes problemas de calor. Está a explorar e a utilizar muitas tecnologias avançadas.
Líquidos de refrigeração avançados: A utilização de novos fluidos de refrigeração de alto desempenho que oferecem melhores capacidades de transferência de calor.
Materiais de interface térmica: Materiais melhorados que melhoram o contacto entre os componentes geradores de calor e os sistemas de arrefecimento.
Abordagens de conceção inovadoras: Desenhos melhorados de conjuntos de baterias que melhoram as vias de dissipação de calor e optimizam a utilização do espaço.
Sistemas inteligentes de gestão térmica: Os sensores e a análise de dados são integrados para monitorizar continuamente as temperaturas da bateria. Fazem-no em tempo real.
Soluções eficazes para a gestão térmica
Opções de tecnologia de arrefecimento para VEs
Arrefecimento líquido: O arrefecimento líquido utiliza um fluido refrigerante para transferir o calor para fora das células da bateria. O líquido de refrigeração flui através de uma rede de tubos e permutadores de calor. Remove eficazmente o calor. As vantagens incluem uma elevada condutividade térmica, uma dissipação de calor eficiente e uma capacidade de arrefecimento ajustável. Os desafios envolvem uma conceção complexa do sistema, o risco de fugas de líquido de refrigeração e um custo mais elevado em comparação com outros métodos. Por exemplo, o Tesla Model S utiliza um sistema avançado de arrefecimento sistema de arrefecimento líquido. Mantém a bateria à melhor temperatura. Isto garante um elevado desempenho e segurança.
Arrefecimento: O arrefecimento por ar depende do fluxo de ar forçado ou natural para dissipar o calor das células da bateria. São frequentemente utilizados ventiladores ou sopradores para melhorar o fluxo de ar. As vantagens são um design mais simples, um custo mais baixo e uma manutenção mais fácil. Os desafios incluem uma eficiência inferior à do arrefecimento líquido. Além disso, têm uma capacidade limitada para aplicações de elevada potência. Por exemplo, o Nissan Leaf utiliza arrefecimento a ar para o seu conjunto de baterias, o que é suficiente para a sua conceção e caso de utilização.
Materiais de mudança de fase (PCM): O PCM absorve e liberta calor durante as transições de fase (sólido para líquido e vice-versa). Este método permite uma gestão térmica passiva. As vantagens incluem uma elevada densidade de armazenamento de calor, fiabilidade e a não necessidade de energia externa. O desafio é integrá-lo em conjuntos de baterias. Além disso, a dissipação de calor é mais lenta e o custo do material é mais elevado. Os investigadores estão a estudar o PCM para utilização em veículos eléctricos de elevado desempenho. O arrefecimento passivo pode ajudar o arrefecimento ativo.
Arrefecimento por tubos de calor: Os tubos de calor transferem calor utilizando a mudança de fase e a ação capilar de um fluido de trabalho. Transferem eficazmente o calor das células da bateria para um dissipador de calor ou radiador. As vantagens são a elevada condutividade térmica, a flexibilidade, a fiabilidade e a conceção que permite poupar espaço. Os desafios incluem a capacidade de arrefecimento limitada e a sensibilidade à orientação e à gravidade. Alguns projectos de baterias para veículos eléctricos utilizam tubos de calor. Estes aumentam o arrefecimento sem aumentar muito o peso.
Arrefecimento termoelétrico: O arrefecimento termoelétrico utiliza o efeito Peltier. Uma corrente eléctrica cria uma diferença de temperatura através de um material termoelétrico, o que permite o arrefecimento. As vantagens incluem um controlo preciso da temperatura, elevada fiabilidade e ausência de peças móveis. Os desafios são a baixa eficiência energética, o elevado consumo de energia e a capacidade de arrefecimento limitada. Os refrigeradores termoeléctricos são utilizados em algumas aplicações especiais. Nestas aplicações, o controlo preciso da temperatura é vital.
Otimização da disposição do sistema
Uma disposição bem optimizada do sistema é crucial para uma gestão térmica eficaz dos veículos eléctricos. Isto inclui a conceção de caminhos de arrefecimento. Estes asseguram que o calor passa das células da bateria para o sistema de arrefecimento. Também implica uma boa utilização do espaço para melhorar o arrefecimento. Significa colocar dissipadores de calor à volta das peças que geram calor. E significa garantir que a disposição protege as peças sensíveis e cumpre as normas de segurança.
Simulação e análise térmica
A simulação e a análise térmica são fundamentais. Ajudam a conceber sistemas térmicos eficientes. Os engenheiros podem utilizar ferramentas de software como STAR-CCM+, FLUENT e Flotherm. Podem simular campos térmicos em pacotes e módulos de baterias e melhorar os designs e materiais dos canais de arrefecimento. Podem também escolher o melhor meio de arrefecimento e as melhores taxas de fluxo. Por exemplo, o Trumonytechs utilizou a simulação térmica para melhorar o conceção do sistema de arrefecimento para um novo conjunto de baterias para veículos eléctricos. Isto resultou num melhor arrefecimento e numa maior duração da bateria.
Tecnologias emergentes na gestão térmica
A indústria dos veículos eléctricos está sempre à procura de novas tecnologias. Por exemplo, os nanomateriais e os melhores fluidos de arrefecimento melhoram a gestão térmica. Estas inovações têm como objetivo melhorar a eficiência da transferência de calor, reduzir o peso do sistema e aumentar o desempenho geral e a segurança da bateria. A investigação no domínio dos nanomateriais é promissora. Oferece potenciais avanços na condutividade térmica e na dissipação de calor para as futuras baterias de veículos eléctricos.
conclusão
A Trumonytechs sabe que a gestão do calor é crucial. Garante a segurança, a eficiência e o desempenho das baterias dos veículos eléctricos (EV). Utilizamos várias tecnologias de arrefecimento. Estas incluem líquido, ar, materiais de mudança de fase (PCM), tubos de calor e arrefecimento termoelétrico. Cada uma tem vantagens e desafios únicos. Optimizamos a disposição do sistema. Utilizamos simulação e análise térmica. Isto ajuda-nos a conceber bons sistemas térmicos.
FAQ
O arrefecimento líquido utiliza um fluido refrigerante para afastar o calor das células da bateria. É eficiente, mas necessita de sistemas complexos.
O arrefecimento por ar depende do fluxo de ar forçado ou natural para dissipar o calor. Oferece uma solução mais simples e mais barata, mas com menor eficiência.
O PCM absorve e liberta calor durante as mudanças de fase. Isto permite uma gestão térmica passiva. No entanto, a sua integração é complexa e a sua dissipação é lenta.
A otimização da disposição do sistema melhora o arrefecimento. Garante uma transferência de calor eficaz, utiliza bem o espaço e protege os componentes sensíveis.
A simulação térmica utiliza software para melhorar os projectos de sistemas de arrefecimento. Encontra o melhor meio de arrefecimento e caudais. Reduz os custos através da previsão do desempenho.