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Tipos de sistemas de refrigeración de baterías: Guía completa

El rendimiento de la refrigeración de una batería eléctrica desempeña un papel fundamental en la eficiencia, la vida útil y la seguridad de la batería. Este impacto crítico se deriva del calor generado durante los procesos de carga y descarga. A medida que aumenta la temperatura, muchos efectos alteran las características clave de la batería. Entre ellos, la resistencia interna, el voltaje, el estado de carga (SOC), la capacidad y la eficiencia. Para controlar estos efectos, los ingenieros utilizan tecnologías activas y pasivas. Sistemas de gestión térmica de baterías (BTMS). Estos sistemas son vitales. Mantienen las baterías de iones de litio a las mejores temperaturas. Estas temperaturas son cruciales para el rendimiento de los vehículos eléctricos.

Las baterías de los vehículos de nueva energía avanzan rápidamente. Avanzan hacia una mayor densidad energética y una mayor autonomía. Esto ha aumentado la demanda de una gestión avanzada de la temperatura. Los enfoques modernos, como el uso de placas de refrigeración líquida avanzadas, se están perfeccionando para satisfacer estas exigencias técnicas. Estos avances mejorarán el control de la temperatura. También añaden mucho valor y funcionalidad a cada vehículo. A medida que se amplía el mercado de vehículos de nueva energía, crece la necesidad de sistemas de gestión térmica eficientes. Este desarrollo está preparado para impulsar importantes efectos de escala en la producción y reforzar el crecimiento potencial dentro de la cadena de suministro de baterías.

Este enfoque integral de la gestión del calor de las baterías es una necesidad técnica y un motor del mercado. Demuestra lo importante que es la refrigeración avanzada en la cambiante industria automovilística actual.

Tipos de sistemas de refrigeración de baterías-Battery Cooling

Índice

Más información sobre el sistema de refrigeración EV/ESS

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Métodos de refrigeración de la batería

Existen tres métodos principales de refrigeración para las baterías de los vehículos eléctricos: refrigeración por aire, refrigeración por líquido y refrigeración directa por refrigerante.

Refrigeración por aire

En la actualidad, la corriente principal de refrigeración sigue siendo la refrigeración por aire, que utiliza el aire como medio de transferencia de calor.

Existen dos tipos comunes de refrigeración por aire 1. refrigeración por aire pasiva, que utiliza directamente el aire exterior para la transferencia de calor; 2. refrigeración por aire activa, que puede precalentar o enfriar el aire exterior antes de entrar en el sistema de baterías. Este tipo de refrigeración es más fácil de conseguir y menos costoso, pero el efecto refrigerante es deficiente. Los principales vehículos eléctricos en miniatura, como el MINI EV de Hongguang, así como los primeros vehículos eléctricos más vendidos, utilizan este método de refrigeración de la batería.

Referencias bibliográficas:GESTIÓN TÉRMICA ACTIVA FRENTE A PASIVA

Refrigeración líquida

Refrigeración líquida destaca por su capacidad de refrigeración superior. En comparación con la refrigeración por aire, los sistemas refrigerantes tienen una capacidad calorífica específica y una transferencia de calor muy superiores. A menudo superan en decenas de veces a los sistemas refrigerados por aire. Este mejor rendimiento térmico se traduce en temperaturas de funcionamiento mucho más bajas. Reduce las diferencias de temperatura dentro de los paquetes de baterías. Como resultado, las soluciones de refrigeración líquida contribuyen a mejorar notablemente la eficiencia, estabilidad y durabilidad general de las baterías.

Sin embargo, es importante reconocer que la refrigeración líquida conlleva sus propios retos. Garantizar la hermeticidad de la batería es vital cuando se añade refrigeración líquida. Las fugas podrían dañar la integridad y el rendimiento del sistema. Además, los costes iniciales y de funcionamiento de la refrigeración líquida son más elevados. Son superiores a los costes de una refrigeración por aire más sencilla. A pesar de ello, las ventajas de la refrigeración líquida para la gestión térmica y el rendimiento de la batería suelen hacer que la inversión merezca la pena. Esto es especialmente cierto para aplicaciones con necesidades de refrigeración estrictas.

Refrigeración directa por refrigerante

La refrigeración directa utiliza un refrigerante como medio de transferencia de calor, que absorbe una gran cantidad de calor durante el proceso de cambio de fase gas-líquido, lo que aumenta la eficiencia de transferencia de calor en más de tres veces en comparación con los líquidos refrigerados y elimina el calor del sistema de baterías más rápidamente. Sin embargo, este sistema es un sistema de evaporador doble, no hay calentamiento de la batería, no hay protección de condensado, la temperatura del refrigerante no se controla fácilmente y la vida útil del sistema de refrigeración es pobre.

A la hora de elegir una solución de refrigeración para su pila de energía, Trumonytechs recomienda la refrigeración líquida. Aunque la refrigeración por aire es actualmente el método de refrigeración mayoritario, la tendencia del desarrollo de las baterías será hacia una mayor densidad energética, y la seguridad de las baterías de alta densidad energética requiere una atención especial, ya que los efectos negativos del desbordamiento térmico serán cada vez más importantes.

Las soluciones refrigeradas por líquido tienen ventajas únicas en términos de capacidad de transferencia de calor, consistencia de la transferencia de calor, sellado del PACK y NVH.

La segunda razón es que la refrigeración líquida se utiliza en los vehículos tradicionales desde hace mucho tiempo y tiene una cadena de suministro bien establecida, y el coste del sistema de baterías puede controlarse eficazmente cuando el diseño y el proceso son estables.

Comparación de tecnologías: Ventajas, desventajas y escenarios de las tecnologías de refrigeración de baterías

A la hora de seleccionar la tecnología de refrigeración de baterías más adecuada para una aplicación concreta, es fundamental conocer el rendimiento de cada una de ellas en distintos entornos y condiciones. A continuación se comparan las tres principales tecnologías de refrigeración: refrigeración por aire, refrigeración por líquido y refrigeración directa por refrigerante:

Tecnología de refrigeraciónVentajasDesventajasAplicaciones adecuadas
Refrigeración por aire- Bajo coste- Menor eficiencia de refrigeración- Aplicaciones sensibles a los costes
 - Sistema sencillo, fácil de instalar y mantener- Refrigeración inadecuada en condiciones de alta temperatura o alta carga(por ejemplo, pequeños aparatos eléctricos, algunos vehículos eléctricos)
Refrigeración líquida- Transferencia eficaz del calor- Mayores costes iniciales y de mantenimiento- Aplicaciones que requieren una amplia gestión del calor
 - Control preciso de la temperatura- Complejidad y altas exigencias de hermeticidad(por ejemplo, vehículos eléctricos de alto rendimiento, sistemas de almacenamiento de energía)
Refrigeración directa- Máxima eficiencia de refrigeración- Mayor complejidad técnica y costes- Entornos de alta temperatura y alta carga
 - Adecuado para condiciones de temperatura extremas- Impacto medioambiental y riesgo de fugas de refrigerante(por ejemplo, refrigeración de servidores, vehículos eléctricos de alto rendimiento)

Caja de soluciones de refrigeración líquida

En la actualidad, la mayoría de los vehículos de nueva energía utilizan soluciones de refrigeración líquida para la gestión térmica. A continuación tomaremos Tesla como ejemplo y daremos una breve visión de cómo Tesla lleva a cabo refrigeración por tubo de calor de sus baterías.

Tesla utiliza una solución de refrigeración líquida para la gestión térmica de las baterías, cada Tesla está equipado con un sistema especial de gestión de la temperatura de ciclo líquido, y alrededor de cada una de las baterías. El refrigerante utilizado es una mezcla de agua 50% y glicol 50% y es de color verde.

El líquido refrigerante fluye a través de tuberías y acaba disipándose en un intercambiador de calor situado en la cabeza del vehículo para mantener una temperatura equilibrada de la batería, evitando así que las altas temperaturas localizadas afecten a su rendimiento. Sistema de gestión térmica de baterías de Tesla puede controlar la temperatura de la batería hasta ±2°C, controlando eficazmente la temperatura de las placas de la batería.

El sistema de refrigeración por agua de los módulos, por ejemplo, se construye en paralelo para garantizar que el refrigerante que fluye hacia cada módulo tenga una temperatura similar.

Cómo reducir la complejidad y los costes de producción

Las soluciones de refrigeración líquida son cada vez más populares en la informática de alto rendimiento, los juegos y otros sectores que necesitan una disipación eficaz del calor. El desarrollo de soluciones de refrigeración líquida implica el diseño y la ingeniería de un sistema que pueda transferir calor de forma eficiente desde la fuente al refrigerante y disiparlo fuera del sistema. Sin embargo, existen algunos retos y dificultades asociados al desarrollo de soluciones de refrigeración líquida, que se comentan a continuación:

  1. Complejidad del sistema: Los sistemas de refrigeración líquida son más complejos que los sistemas tradicionales de refrigeración por aire y requieren componentes adicionales como bombas, radiadores, tuberías y refrigerante. Estos componentes adicionales añaden complejidad al sistema, lo que dificulta su diseño y fabricación.

  2. Riesgo de fugas: Los sistemas de refrigeración líquida son susceptibles de sufrir fugas, que pueden dañar los componentes y crear riesgos para la seguridad. Los fabricantes deben asegurarse de que sus diseños sean a prueba de fugas y desarrollar protocolos para detectarlas y solucionarlas en caso de que se produzcan.

  3. Requisitos de mantenimiento: Los sistemas de refrigeración líquida requieren un mantenimiento regular para garantizar su correcto funcionamiento. Esto incluye la sustitución del refrigerante, la limpieza de los radiadores y la comprobación de fugas. El mantenimiento puede llevar mucho tiempo y ser costoso, y puede requerir herramientas y conocimientos especializados.

  4. Problemas de compatibilidad: No todos los componentes son compatibles con los sistemas de refrigeración líquida. Por ejemplo, algunas placas base pueden no disponer de los accesorios o puntos de montaje necesarios para los bloques de refrigeración líquida, o requerir adaptadores o soportes adicionales. Los fabricantes deben asegurarse de que sus diseños sean compatibles con una amplia gama de componentes para garantizar la adopción generalizada de sus sistemas.

  5. Coste: Los sistemas de refrigeración líquida pueden ser caros de desarrollar y fabricar, debido a los componentes adicionales y la complejidad que conllevan. Esto puede hacerlos menos accesibles a los consumidores y limitar su adopción en el mercado.

Con los nuevos vehículos de energía impulsados por una combinación de requisitos de rendimiento y coste, existe la necesidad de placas de refrigeración líquida de baterías de energía con un peso ligero, una buena conductividad térmica, una fuerte resistencia anticorrosión y otras resistencias a la fatiga, y un excelente rendimiento de proceso. Al mismo tiempo, bajo la tendencia de tecnologías como la carga rápida y la alta autonomía, la generación de calor de la unidad de batería ha aumentado, lo que también plantea mayores requisitos para la capacidad de refrigeración de la batería.

Guía de mantenimiento del usuario: Sistema de refrigeración de la batería

El mantenimiento y la revisión del sistema de refrigeración de la batería son fundamentales para garantizar su estabilidad y rendimiento. A continuación se ofrece una recopilación de medidas que puede adoptar Trumonytechs para mantener y optimizar el sistema de refrigeración de la batería:

Inspección periódica

Compruebe periódicamente el aspecto del sistema de refrigeración, incluidas las tuberías, las conexiones y los niveles de refrigerante.

Compruebe si hay fugas en el sistema de refrigeración, incluidas las tuberías y los enfriadores.

Limpie regularmente los enfriadores del sistema de refrigeración para garantizar una buena eficacia de transferencia de calor.

Solución de problemas

Si observa fugas o temperaturas anómalas en el sistema de refrigeración, deje de utilizarlo inmediatamente y acuda a un técnico profesional para que solucione el problema y lo repare.

Esté atento a cualquier fluctuación inusual de la temperatura o señales de alarma, que pueden ser un signo de fallo del sistema de refrigeración.

Buenas prácticas

Evite el uso excesivo de la batería en condiciones de temperatura extrema, ya que puede suponer una carga adicional para el sistema de refrigeración.

Cambie el refrigerante regularmente, siguiendo las recomendaciones del fabricante.

Siga las recomendaciones y directrices del fabricante para garantizar el uso y mantenimiento adecuados del sistema de refrigeración de la batería.

Conclusión

Los sistemas de refrigeración de las baterías son fundamentales. Garantizan el rendimiento, la seguridad y la longevidad de la batería. Pueden ser de refrigeración por aire, refrigeración por líquido o refrigeración directa por refrigerante. Cada uno tiene sus ventajas y usos. Un buen mantenimiento y optimización también pueden aumentar la eficacia y fiabilidad de su sistema de refrigeración.

Si necesita una buena solución de refrigeración de baterías, Trumonytechs tiene la tecnología y la experiencia para personalizarla para usted. Entendemos las necesidades únicas de cada aplicación y podemos proporcionar tecnología de refrigeración que se adapte a sus necesidades específicas. Póngase en contacto hoy mismo con Trumonytechs para la solución de su sistema de refrigeración de baterías

PREGUNTAS FRECUENTES

Los sistemas de refrigeración de baterías regulan la temperatura de la batería utilizando aire, líquido o refrigerante como medio. Estos sistemas transfieren calor. Ayudan a que la batería se mantenga a la temperatura adecuada. Esto mejora la eficiencia y prolonga la vida útil de la batería.

Las baterías generan calor durante el proceso de carga y descarga. Si la temperatura sube demasiado, puede afectar al rendimiento, la seguridad y la vida útil de la batería. Los sistemas de refrigeración mantienen la seguridad de las baterías. Evitan que se calienten demasiado y que tengan embalamiento térmico.

Los sistemas de refrigeración por aire utilizan aire como medio refrigerante, lo que es menos costoso y más fácil de mantener, pero menos eficaz. Los sistemas de refrigeración líquida utilizan un líquido (por ejemplo, agua y glicol) para refrigerar. Este líquido tiene una mayor eficiencia de transferencia de calor y es adecuado para baterías de alta densidad energética. Pero cuesta más y necesita más mantenimiento.

Un sistema de refrigeración directa por refrigerante absorbe calor a través de un cambio de fase. El cambio es del refrigerante de gas a líquido. Este método proporciona una eficiencia de refrigeración muy alta. Es ideal para aplicaciones de alto rendimiento. Éstas necesitan eliminar mucho calor rápidamente. Entre ellas, la electrónica de alta potencia y algunos vehículos eléctricos.

Debe mantener su sistema de refrigeración de la batería. Esto incluye comprobar el nivel de refrigerante y las tuberías. También es necesario limpiar el refrigerador para evitar obstrucciones. Y compruebe si hay fugas en el sistema. Seguir las directrices de mantenimiento del fabricante es clave para mantener la eficacia del sistema.

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