Na fase inicial do desenvolvimento de veículos movidos a novas energias, os fabricantes continuaram a utilizar os princípios de conceção dos veículos a combustível para o fabrico de veículos eléctricos. Durante este período, o motor, a bateria e os sistemas de carregamento produziam pouco calor. Assim, os métodos passivos, como o fluxo de ar e os dissipadores de calor, eram suficientes para o arrefecimento da bateria. No entanto, estes métodos de arrefecimento passivo tinham limitações significativas. O arrefecimento por fluxo de ar depende da convecção natural ou de simples ventoinhas, que apenas podem dissipar uma quantidade limitada de calor. Os dissipadores de calor espalham o calor por uma grande área. Mas dependem do ar à sua volta para absorver e remover o calor.
A tecnologia dos veículos eléctricos avançou. Isto deveu-se a motores mais potentes, à sobrealimentação e ao carregamento rápido. No entanto, estes avanços provocaram muito mais stress térmico nas baterias. Este aumento evidenciou a insuficiência dos métodos de arrefecimento passivo. A indústria precisava de uma solução mais eficaz para lidar com as novas exigências de gestão térmica.
Os motores, a sobrealimentação, o carregamento rápido e outras tecnologias conexas estão a inovar rapidamente. Trazem grandes desafios para a gestão térmica das baterias. Os métodos passivos, como o arrefecimento a ar, não conseguem satisfazer as novas exigências de dissipação de calor das baterias. Esta necessidade levou à adoção do arrefecimento líquido. Trata-se de uma melhor forma de eliminar o calor.
A tecnologia de arrefecimento líquido oferece várias vantagens em relação aos métodos de arrefecimento passivo. Tem uma melhor dissipação de calor. Garante temperaturas uniformes com o arrefecimento líquido. Este sistema ajuda a manter o desempenho e a longevidade da bateria, gerindo eficazmente o calor gerado durante o funcionamento e o carregamento. O Trumonytechs é um especialista em gestão térmica. Temos muita experiência em design e fabrico. Oferecemos uma vasta gama de produtos e desenhos. Não nos dedicamos apenas ao arrefecimento de baterias. Também nos dedicamos ao armazenamento de energia, ao elevado fluxo de calor e à nova tecnologia de arrefecimento de líquidos. Esta experiência garante que as necessidades térmicas dos veículos eléctricos modernos são bem satisfeitas. Corrige os limites do arrefecimento passivo anterior.
Índice
Visão geral do sistema de arrefecimento líquido da bateria
Os motores eléctricos, a sobrealimentação, o carregamento rápido e a tecnologia relacionada estão a inovar rapidamente. Isto está a criar grandes desafios para a gestão térmica das baterias. O arrefecimento a ar é um método passivo. Não consegue satisfazer a nova procura de arrefecimento das baterias. Por isso, o arrefecimento por líquido, um método ativo mais eficaz, substitui-o.
A tecnologia de arrefecimento líquido proporciona uma melhor dissipação do calor. Também proporciona uma temperatura uniforme através de um sistema de arrefecimento líquido. Isto assegura o desempenho da bateria e o seu ciclo de vida. As vantagens técnicas específicas incluem uma elevada eficiência de arrefecimento, distribuição uniforme da temperatura, design flexível e baixo ruído. Os sistemas de arrefecimento por líquido proporcionam temperaturas uniformes em todo o conjunto de baterias. Evitam o sobreaquecimento local. Isto prolonga a vida útil da bateria e estabiliza o desempenho. Os sistemas de arrefecimento por líquido são mais silenciosos do que as ventoinhas dos sistemas arrefecidos por ar. Contribuem para o conforto dos veículos eléctricos.
Os sistemas de arrefecimento por líquido demonstraram resultados e benefícios significativos em aplicações do mundo real. O Tesla Model S utiliza um sistema avançado de arrefecimento por líquido para gerir o calor da bateria. No ciclo de arrefecimento por líquido, o Model S consegue controlar bem a temperatura da bateria. Fá-lo durante a condução de alto desempenho e o carregamento rápido. Isto mantém o veículo seguro e com bom desempenho. Isto permite que o Modelo S tenha um bom desempenho durante longos períodos de condução a alta velocidade e em condições climatéricas extremas. Como fabricante líder mundial de baterias, a NDT fornece baterias arrefecidas por líquido para várias marcas de veículos eléctricos. A NDT utiliza o arrefecimento por líquido para manter as suas baterias a uma temperatura baixa. Isto funciona mesmo em modos de alta potência e de carregamento rápido. Melhora a vida útil das baterias e a eficiência do carregamento.
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Aplicação do sistema de arrefecimento líquido na indústria
O sistema é utilizado principalmente em quatro domínios: baterias de potência, armazenamento de energia, alta densidade térmica e novos componentes de arrefecimento líquido.
No domínio dos veículos eléctricos, a conceção térmica é mais complexa do que a dos veículos a combustível. Isto deve-se ao facto de os veículos eléctricos terem mais motores, baterias e sistemas de controlo. Isto faz com que o calor das baterias eléctricas seja o cerne da conceção térmica. O desempenho térmico da bateria de potência afectará diretamente a eficiência e o desempenho dos veículos de energia nova. As baterias de lítio, comummente utilizadas, são usadas como fonte de energia do veículo e estão ligadas em série e em paralelo para formar um módulo de bateria. As baterias de lítio são muito sensíveis às mudanças de temperatura durante a sua reação eletroquímica. Normalmente, elas precisam de ser mantidas entre 15℃ e 35℃. Uma temperatura muito alta ou muito baixa afetará sua segurança e desempenho.
O arrefecimento líquido tem vantagens únicas. Satisfaz os requisitos de temperatura da bateria eléctrica. Tem dois circuitos para arrefecimento e aquecimento. Os sistemas de arrefecimento por líquido têm maior capacidade de calor do que o arrefecimento por ar. Têm também uma baixa resistência ao fluxo e uma elevada eficiência de transferência de calor. A densidade energética está a aumentar. O carregamento e o descarregamento estão a tornar-se mais rápidos. Assim, o arrefecimento por líquido está a tornar-se a principal escolha para a maioria dos fabricantes de veículos de energia nova.
No domínio do armazenamento de energia, os sistemas de arrefecimento líquido são igualmente importantes. Os grandes sistemas de armazenamento de energia precisam frequentemente de lidar com grandes quantidades de calor, especialmente durante os ciclos de alta potência e de carga/descarga. Os sistemas de arrefecimento por líquido podem controlar bem a temperatura da bateria. Evitam o sobreaquecimento e asseguram o funcionamento estável do sistema durante muito tempo. Também melhoram a vida útil e a segurança do sistema de armazenamento de energia.
Aplicações de elevada densidade de fluxo de calor, como centros de dados e a computação de alto desempenho, estão a assistir a um rápido crescimento na utilização do arrefecimento líquido. Os métodos tradicionais de arrefecimento a ar já não conseguem satisfazer as crescentes necessidades de dissipação de calor destes dispositivos. Os sistemas de arrefecimento por líquido podem lidar com muito calor num espaço pequeno. Fazem-no através de uma eficiente transferência e dissipação de calor. Isto melhora consideravelmente a eficiência e a fiabilidade do equipamento.
Os novos componentes transferem calor através do arrefecimento líquido. Alargaram as utilizações desta tecnologia. Estas peças utilizam materiais e desenhos avançados para melhorar a troca de calor. Podem ser utilizados em muitas indústrias e empresas. Por exemplo, os aviões eléctricos e os motociclos eléctricos rápidos também começam a utilizar a tecnologia de arrefecimento por líquido. Esta tecnologia aumenta o seu desempenho térmico.
Os sistemas de arrefecimento por líquido oferecem muitas vantagens técnicas. Eles supera outros métodos de dissipação de calorcomo o arrefecimento a ar. Em primeiro lugar, os sistemas de arrefecimento por líquido têm uma melhor transferência de calor. Eles podem remover rapidamente grandes quantidades de calor. Em segundo lugar, os sistemas de arrefecimento por líquido conseguem obter uma distribuição de temperatura mais uniforme, evitando o sobreaquecimento localizado e melhorando a fiabilidade geral do sistema. Além disso, os sistemas de arrefecimento por líquido são mais flexíveis. Eles podem ser personalizados para atender a necessidades específicas. Em contrapartida, as ventoinhas e os caminhos de ar limitam o arrefecimento dos sistemas arrefecidos a ar.
Componentes do sistema de arrefecimento líquido da bateria
O sistema de arrefecimento líquido da bateria é composto pelos seguintes componentes:
Placa de arrefecimento de líquidos: A placa de arrefecimento de líquidos é o componente central da gestão térmica. É normalmente feita de materiais com excelente condutividade térmica, como o alumínio e o cobre. As peças de dissipação de calor encontram-se na superfície da placa de arrefecimento. O líquido de arrefecimento que passa pelos canais internos da placa absorve o calor. Este design maximiza a transferência de calor. Garante temperaturas uniformes. Isto é crucial para manter a estabilidade e o desempenho da bateria em muitas condições.
Sistema de circulação de arrefecimento líquido: Este sistema inclui canais de arrefecimento e bombas eléctricas. Inclui também o trajeto do líquido de refrigeração e outras peças relacionadas. Os canais de arrefecimento são concebidos para transferir e dissipar eficazmente o calor. As bombas eléctricas impulsionam o líquido de arrefecimento. Asseguram a remoção contínua e eficaz do calor da bateria.
Fluido de arrefecimento: Também conhecido como fluido de transferência de calor, o fluido de arrefecimento é utilizado para conduzir o calor dos componentes que necessitam de ser arrefecidos para outras partes do sistema. Os melhores fluidos de arrefecimento têm uma elevada capacidade térmica. Têm também baixa viscosidade e não são tóxicos, são quimicamente inertes e isolam eletricamente. Os fluidos de arrefecimento comuns incluem água, misturas de água/glicol, óleo mineral e fluidos fluorados. Cada um é adequado para diferentes aplicações, dependendo das suas propriedades específicas.
Sistema de controlo: O sistema de controlo é normalmente composto por sensores de temperatura, unidades de controlo e actuadores. Monitoriza e regula a temperatura da bateria para garantir que esta se mantém dentro de um intervalo seguro. Os sensores de temperatura fornecem dados em tempo real, que a unidade de controlo utiliza para ajustar o fluxo e a temperatura do líquido de refrigeração. Os actuadores executam então as operações necessárias com base nas instruções da unidade de controlo.
Ventoinha de arrefecimento: A ventoinha de arrefecimento ajuda a remover o calor residual restante, expelindo-o para o ambiente exterior. O líquido de arrefecimento transporta a maior parte do calor. No entanto, a ventoinha proporciona um arrefecimento adicional quando necessário. Isto é crucial sob cargas elevadas ou condições extremas. Garante que o sistema funciona de forma fiável.
Seleção do fluido de arrefecimento
O líquido de refrigeração refere-se geralmente ao fluido que envolve ou flui através de um sistema utilizado para a transferência de calor. O melhor líquido de refrigeração tem uma elevada capacidade térmica. Também tem baixa viscosidade, é acessível, não tóxico, quimicamente inerte, não corrosivo e eletricamente isolante. Segue-se uma comparação de vários líquidos de refrigeração, detalhando as suas propriedades e casos de utilização.
| Tipo de líquido de refrigeração | Condutividade térmica | Viscosidade | Custo | Toxicidade | Isolamento | Características principais |
| Água | Elevado | Baixa | Muito baixo | Não tóxico | Não isolante | Excelente condutividade térmica e capacidade térmica; não isolante |
| Mistura de água e glicol | Moderado | Moderado | Baixa | Não tóxico | Não isolante | Elevado ponto de ebulição, propriedades anticongelantes; melhora o desempenho do líquido de refrigeração |
| Óleo mineral | Moderado | Baixa | Moderado | Baixa toxicidade | Isolamento | Boa condutividade térmica, desempenho de lubrificação, estabilidade; risco de combustão |
| Fluidos fluorados | Moderado | Baixa | Elevado | Baixa toxicidade | Elevado isolamento | Baixa toxicidade, elevado isolamento elétrico, excelente estabilidade térmica e inércia química |
Água: A água tem uma elevada condutividade e capacidade térmica. É frequentemente utilizada em sistemas que não necessitam de isolamento elétrico direto. Por exemplo, em sistemas HVAC e em algumas indústrias, a água arrefece bem, mas é normalmente mantida afastada de partes eléctricas.
Mistura de água e glicol: Este líquido de arrefecimento é amplamente utilizado em aplicações automóveis, incluindo veículos eléctricos. A mistura tem um ponto de ebulição elevado. Possui igualmente propriedades anticongelantes. Isto torna-o ideal para locais com temperaturas extremas. Por exemplo, muitos fabricantes de veículos eléctricos utilizam misturas de água/glicol. Utilizam-nas para gerir bem as temperaturas da bateria durante o carregamento rápido e a condução de alto desempenho.
Óleo mineral: O óleo mineral é conhecido pelas suas propriedades isolantes. É frequentemente utilizado em transformadores eléctricos para arrefecer e isolar. Oferece uma boa condutividade térmica e estabilidade, embora represente um risco de combustão a altas temperaturas. Alguns centros de dados também utilizam óleo mineral em sistemas de arrefecimento por imersão para gerir o calor gerado pelos servidores.
Fluidos fluorados: Foram inicialmente utilizados para a limpeza de placas de circuitos. Mas, espalharam-se para a refrigeração topo de gama. Isto deve-se ao facto de não serem muito tóxicos e isolarem bem. Além disso, são muito estáveis a altas temperaturas. Atualmente, são comuns em grandes sistemas de arrefecimento submersos. Estes são utilizados em centros de dados para arrefecimento de servidores. Proporcionam uma forma eficiente e segura de gerir o calor.
Princípio do sistema de arrefecimento por líquido
Um sistema de arrefecimento líquido para veículos de energia nova tem um princípio básico. É manter cada componente a funcionar bem e de forma fiável. Fá-lo através da circulação de líquido de refrigeração para absorver o calor dos componentes de dissipação de calor. O sistema mantém os componentes no intervalo de temperatura correto.
O sistema tem componentes como caldeiras de expansão, condensadores, ventoinhas de arrefecimento, bombas de água, válvulas solenóides de três vias e tubos de arrefecimento da bateria. Segue-se uma descrição passo a passo do princípio de funcionamento:
Absorção de calor: O líquido de refrigeração flui através das placas de refrigeração líquidas, que estão ligadas às células da bateria. À medida que a bateria funciona, gera calor. O líquido de arrefecimento absorve este calor das células da bateria.
Transferência de calor: O líquido de refrigeração aquecido flui então para o condensador. No condensador, o líquido de arrefecimento liberta o calor absorvido para o ar circundante, com a ajuda das ventoinhas de arrefecimento. Este processo arrefece o líquido de refrigeração.
Pressurização: Depois de arrefecer no condensador, o líquido de refrigeração entra na bomba de água eletrónica. A bomba pressuriza o líquido de refrigeração para garantir que este circula eficazmente pelo sistema.
Troca de calor: O líquido de refrigeração é pressurizado. Passa pelos sistemas de controlo elétrico e de acionamento. Absorve o calor adicional destas peças. Isto mantém a temperatura destes sistemas dentro de intervalos óptimos.
Regulação da temperatura: O fluxo de líquido de refrigeração é regulado por uma válvula solenoide de três vias. Dependendo das necessidades de refrigeração, a válvula direcciona o líquido de refrigeração para o conjunto de baterias ou para um sistema de refrigeração auxiliar.
Circulação do líquido de refrigeração: O líquido de arrefecimento arrefecido é depois recirculado para as placas de arrefecimento líquido para absorver mais calor das células da bateria, e o ciclo repete-se.
Em comparação com os sistemas arrefecidos a ar, as vantagens técnicas dos sistemas arrefecidos a líquido são mais evidentes. O arrefecimento por líquido proporciona uma maior eficiência de arrefecimento e um melhor equilíbrio de temperatura. Isto deve-se à maior capacidade de calor e condutividade térmica do líquido de arrefecimento em comparação com o ar. Os sistemas de arrefecimento por líquido também retêm mais calor, têm menos resistência ao fluxo e transferem melhor o calor. A densidade energética está a aumentar. As velocidades de carregamento também estão a aumentar. À medida que isto acontece, o arrefecimento por líquido está a tornar-se a principal escolha dos fabricantes de veículos movidos a novas energias.
Conclusão
Os sistemas de arrefecimento por líquido são cruciais na gestão térmica das baterias, garantindo a estabilidade e o desempenho das baterias em várias condições de funcionamento através de uma transferência de calor eficiente e de uma distribuição uniforme da temperatura. Em comparação com os métodos tradicionais de arrefecimento a ar, os sistemas de arrefecimento por líquido têm uma maior eficiência de dissipação de calor e uma menor resistência ao fluxo, tendo-se tornado a escolha preferida dos principais fabricantes de veículos de energia nova, como a Tesla, a Ningde Times e a General Motors. No futuro, à medida que a densidade de energia das baterias e as velocidades de carga/descarga continuarem a aumentar, a tecnologia de arrefecimento por líquido apresentará um potencial ainda maior em veículos eléctricos, sistemas de armazenamento de energia e aplicações de elevada densidade de fluxo de calor. Se quiser saber mais ou estiver à procura de um profissional solução de gestão térmica, não hesite em contactar o Trumonytechs e a nossa equipa de especialistas prestar-lhe-á apoio e serviços completos.
FAQ
Um sistema de arrefecimento líquido da bateria utiliza líquido de arrefecimento que circula. Este sistema gere a temperatura da bateria. Isto garante um funcionamento seguro e eficiente.
O arrefecimento por líquido permite uma melhor transferência de calor. Proporciona temperaturas uniformes e evita pontos quentes. Isto melhora o desempenho.
Os componentes principais incluem placas de arrefecimento, líquido de arrefecimento, um sistema de circulação, um sistema de controlo e ventoinhas de arrefecimento. Todos eles trabalham em conjunto para uma gestão eficiente do calor.
Os fluidos de arrefecimento comuns incluem água, misturas de água/glicol, óleo mineral e fluidos fluorados. Cada um é escolhido para necessidades térmicas e ambientais específicas.
Melhora a gestão térmica. Este prolonga a duração da bateria e aumenta o desempenho. É ideal para aplicações de alta potência, como o carregamento rápido e a condução intensa.
