Qué es lo sistèma de gestion termica?
Sistèma de gestion termica
La gestion termica de la batariá, basada sus l'impacte de la temperatura sus la performància de la batariá, combinada amb las caracteristicas electroquimicas de la batariá e los mecanismes de generacion de calor, e basada a la tèrra dins la gamma de temperatura de carga/descarga optimala d'una batariá especifica, es una tecnologia qu'aborda la disipacion de calor o la fugida termica causada per de temperaturas excessivament nautas o bassas pendent los foncionaments de la batariá. Aquò es atench a travèrs lo dessenh racional e es basat sus la sciéncia dels materials, l'electroquimia, lo transferiment de calor, la dinamica moleculara, e d'autras disciplinas. Manténer un interval de temperatura de foncionament rasonable es essencial per que lo paquet de batariá mantenga una bona performància. Doncas, concebre un esquèma de gestion termica rasonable pels paquets de batariás d'ions de liti es de granda importància per melhorar la performància globala del sistèma de batariás.
Lo sistèma de gestion termica del paquet de batariá a las cinc foncions principalas seguentas: 1 mesura e seguiment precises de la temperatura de la batariá; dissipacion de calor e ventilacion eficaças quand la temperatura del paquet de batariá es tròp nauta; caufatge rapid dins de condicions de temperatura bassa; ventilacion eficaça quand de gases nocius son generats; e 5 en assegurant una distribucion de temperatura unifòrma dins lo paquet de batariá.
Procès de concepcion del sistèma de gestion termica del paquet de pilas
Un sistèma de gestion termica de paquets de batariás de nauta performància demanda una aproximacion de concepcion sistematica. Actualament, existís fòrça metodologias de concepcion pels sistèmas de gestion termica. Lo mai utilizat es un sistèma de gestion termica de paquets de batariás concebut pel Laboratòri Nacional d'Energia Renovelabla (NREL) als Estats Units, que son procès de concepcion inclutz sèt etapas:
1) Determinar l'auto-calibre e las exigéncias del sistèma de gestion termica. En foncion de las caracteristicas de temperatura de la batariá e de la gamma de temperatura de foncionament apropriada, determinatz lo calibre auto- de contraròtle del sistèma de gestion termica. Per exemple, la temperatura de foncionament convenabla per las pilas d'alimentacion d'ions de liti es de 10~40 gras , amb un limit de temperatura bassa de 0 gras e un limit de temperatura nauta de 45 gras . Doncas, lo dessenh del sistèma de gestion termica deuriá, del temps que respond a las temperaturas de foncionament extrèmas de la batariá, s'esforçar de respondre a las exigéncias de temperatura de foncionament apropriadas de la batariá.
2) Mesurar o estimar la generacion de calor del modul e la capacitat de calor. A travèrs de tèsts de descarga de la carga-de la batariá e de calculs de simulacion basats sus la capacitat de calor especifica de la batariá, determinatz la dissipacion de calor o la poténcia de caufatge.
3) Avaloracion iniciala del sistèma de gestion termica, inclusent la seleccion del mitan de transferiment de calor e lo dessenh de l'estructura de dissipacion de calor. En general, lo refregiment de la batariá es obtengut a travèrs lo refregiment d'aire o lo refregiment liquid. Los sistèmas de refregiment per aire son relativament simples en estructura mas ineficients; los sistèmas de refregiment liquid son d'estructura complèxas mas fòrça eficients. I a tanben diferentas formas de metòdes de caufatge, coma lo caufatge d'aire caud circulant, lo caufatge de flux de liquid, e lo caufatge per radiacion termica dirècta de la font de calor.
4) Predire lo comportament termic del modul e del paquet de batariá. En foncion de las condicions de foncionament del paquet de batariá, predire e avalorar los besonhs de dissipacion de calor e de caufatge pendent l'aplicacion.
5) Dessenh preliminar del sistèma de gestion termica. En foncion del mitan de calor determinat e dels resultats de l'avaloracion del comportament termic, menatz lo principi e lo dessenh d'engenharia del sistèma de gestion termica.
6) Concebre e testar lo sistèma de gestion termica. Produire de sistèmas de batariá a escala redusida o a escala completa e lo sistèma de gestion termica de la batariá, e verificar l'eficacitat del sistèma de gestion termica jos de condicions de foncionament realas simuladas sus un banc d'ensages.
7) Optimizar lo sistèma de gestion termica. Melhorar e optimizar lo sistèma de gestion termica en foncion dels resultats experimentals.
Seleccion d'estructura e de paramètres dins lo procès de concepcion del sistèma de gestion termica
Calcul del camp termic de la batariá e prediccion de la temperatura
Las batariás son pas de bons conductors de calor. Conéisser sonque la distribucion de la temperatura de superfícia es insufisent per comprene plenament l'estat termic intèrne de la batariá. Calcular lo camp de temperatura intèrna en utilizant de modèls matematics e predire lo comportament termic de la batariá es una etapa indispensabla per concebre de sistèmas de gestion termica de la batariá. Actualament, los modèls matematics principals incluson de modèls doas-dimensionals e tres-dimensionals. D'entre aqueles, lo modèl tri-dimensional, a causa de son excelenta precision e adaptabilitat, es estat largament utilizat dins de nombroses sistèmas de gestion termica de batariá. Lo modèl es lo seguent:
Donde T es la temperatura;
ρ es la densitat mejana;
c_p es la capacitat termica especifica de la batariá;
λ_x, λ_y, λ_z son la conductivitat termica de la batariá dins las direccions x, y e z, respectivament;
q es la tasa de generacion de calor por unidad de volumen.
Concepcion d'estructura de dissipacion de calor del sistèma de gestion termica
Las diferéncias de temperatura entre diferents moduls de batariá dins la bóstia de batariá exacerban las incoeréncias dins la resisténcia e la capacitat intèrnas de la batariá. Amb lo temps, aquò pòt menar a una subrecarga o una subre-descarga de qualques batariás, afectant lor durada de vida e lor performància, e creant de perilhs de seguretat. Las diferéncias de temperatura entre los moduls de batariá dins la bóstia de batariá son estrechament ligadas a la disposicion del paquet de batariá. En general, las batariás al mitan an tendéncia a acumular de calor, del temps que las als bòrds an una melhora dissipacion de calor. Doncas, al moment de concebre l'estructura del paquet de batariá e la dissipacion de calor, es crucial d'assegurar una dissipacion de calor unifòrma. Prenent lo refregiment per aire coma exemple, i a generalament dos metòdes de ventilacion: en sèria e en parallèl, per assegurar una dissipacion de calor unifòrma. Lo dessenh del flux d'aire deu s'aderir als principis de basa de la mecanica dels fluids e de l'aerodinamica.
Seleccion de ventilators e punts de mesura de temperatura
Al moment de concebre un sistèma de gestion termica de batariá, lo tipe e la poténcia del ventilator, lo nombre de captors de temperatura, e l'emplaçament dels punts de mesura devon èsser causits amb atencion.
Prenent lo refregiment per aire coma exemple, al moment de concebre lo sistèma de refregiment, tot en assegurant un cèrt efièch de refregiment, la resisténcia al flux deuriá èsser minimizada per reduire lo bruch del ventilator e la consomacion d'energia, melhorant aital l'eficiéncia globala del sistèma. La consomacion d'energia del ventilator pòt èsser estimada en estimant la baissa de pression e lo debit en utilizant de metòdes experimentals, de calcul teoric e de dinamica dels fluids (CFD). Quand la resisténcia al flux es bassa, los ventilators de flux axial pòdon èsser considerats; quand la resisténcia al flux es nauta, los ventilators centrifugas son mai adaptats. De segur, l'espaci ocupat pel ventilator e son còst devon tanben èsser considerats. Trobar l'estrategia de contraròtle del ventilator optimala es tanben una de las foncions d'un sistèma de gestion termica.
La distribucion de temperatura del paquet de batariá dins la bóstia de batariá es generalament desiguala, doncas, es necessari de conéisser la distribucion de camp termic del paquet de batariá dins de condicions diferentas per determinar los punts de temperatura critics. Mai de captors de temperatura provesisson una mesura de temperatura mai completa, mas aumentan lo còst e la complexitat del sistèma. Segon lo contèxte d'engenharia especific, teoricament, l'analisi d'elements finits, l'imatgeria termica infraroja dins d'experiéncias, o la susvelhança de temperatura multi-en temps real pòdon èsser utilizats per analisar e mesurar la distribucion del camp termic del paquet de batariá, dels moduls de batariá, e de las cellulas individualas, en determinant lo nombre de punts de mesura de temperatura e de punts de mesura de trobar dins d'airals diferents. Un dessenh general deuriá s'assegurar que los captors de temperatura son pas expausats al flux d'aire de refregiment per melhorar la precision e l'estabilitat de las mesuras de temperatura. Al moment de concebre la batariá, l'espaci deu èsser reservat pels captors de temperatura; per exemple, de doberturas apropriadas pòdon èsser concebudas dins d'endreches apropriats. Lo paquet de batariá del veïcul electric ibrid Prius de Toyota a 228 cellulas individualas, e lo seguiment de la temperatura es realizat per 5 captors de temperatura. Lo sistèma de batariá d'alimentacion del bus electric concebut per l'Institut de Tecnologia de Pequin utiliza 6 punts de mesura de temperatura per bóstia (veire l'airal cerclat dins la Figura 8-16a), dispausats als bornes positius e negatius e los punts de sortida de la linha d'alimentacion de la bóstia de la batariá, coma mostrat dins la Figura 8-16.
Concepcion e implementacion del sistèma de gestion termica
En foncion del mitan de transferiment de calor, lo refregiment dels sistèmas de gestion termica de paquets de batariás pòt èsser devesit en tres tipes: refregiment per aire, refregiment liquid, e refregiment de material de cambiament de fasa. En considerant los còstes de recerca e desvolopament de materials e de fabricacion, lo sistèma de dissipacion de calor mai eficaç e comunament utilizat utiliza actualament l'aire coma mejan de dissipacion de calor.
En foncion de l'estructura del flux d'aire de dissipacion de calor, los sistèmas de refregiment d'aire pòdon èsser mai divisats en dos tipes: ventilacion en sèria e ventilacion parallèla, coma mostrat dins las figuras 8-17 e 8-18, respectivament.
Dins una configuracion en sèria, l'aire raja tipicament d'un costat del paquet de batariá a l'autre per levar la calor. Pasmens, aquel flux d'aire pòrta de calor de las zònas que passa mai lèu a las zònas que passa mai tard, çò que resulta en de temperaturas incoerentas e de diferéncias de temperatura significativas. Dins una configuracion parallèla, lo flux d'aire entre los moduls aumenta verticalament, distribuissent l'aire mai uniformement e assegurant una dissipacion de calor coerenta dins tot lo paquet de batariá.
Los sistèmas de gestion termica pòdon èsser categorizats en sistèmas passius e actius segon s'an de dispositius de caufatge o de refregiment intèrnes. Los sistèmas passius son mens cars e demandan d'infrastructuras mai simplas; los sistèmas actius son mai complèxes e demandan una poténcia suplementària mai granda, mas ofrisson de melhoras performàncias.
Las figuras 8-19, 8-20 e 8-21 mòstran de diagramas esquematics d'estructuras de caufatge d'aire actiu e passiu e de dissipacion de calor, respectivament.
Dins las figuras 8-19 e 8-20, e mai se l'aire es estat refrejat e caufat pel sistèma de climatizacion o de caufatge de la veitura, es encara considerat coma un sistèma passiu. Amb aquel sistèma passiu, a causa de l'incoeréncia dins la temperatura de l'aire ambient introduch, l'aire ambient deu foncionar dins un cèrt interval de temperatura (10~35 gras) per una gestion termica corrècta. L'operacion dins de condicions extrèmament frejas o caudas pòt resultar en un desnivèl mai grand dins lo paquet de batariá.
Dins los sistèmas de caufatge, en mai d'introduire d'aire caud dins lo paquet de batariá, d'autres metòdes pòdon èsser utilizats, coma mostrat dins las figuras 8-22~8-25 (per las batariás prismaticas).
