O desempenho dos ônibus elétricos depende muito do desempenho de baterias de energia; Portanto, a temperatura operacional das baterias de energia está altamente correlacionada com seu desempenho e influências também com sua vida e segurança. O sistema de gerenciamento de temperatura das baterias de energia também é bastante crucial.
O gerenciamento térmico das baterias de energia exige que as aquecem em baixas temperaturas e resfrie -as em altas.
Tipos de sistema de gerenciamento térmico da bateria
1.1 Métodos de resfriamento da bateria
Os métodos de resfriamento das baterias de energia incluem principalmente resfriamento natural de ar, resfriamento forçado de ar, resfriamento líquido e resfriamento direto de refrigerante.
-O resfriamento de ar forçado: Ao introduzir o vento do ar condicionado, o vento natural ou o vento de convecção fora do veículo no compartimento da bateria, a temperatura da bateria é reduzida.
-Líquido resfriamento: Confie na tomada de ar do sistema de ar condicionado ou no refrigerante do equipamento de refrigeração independente para resfriar o líquido de arrefecimento e, em seguida, transporte o líquido de arrefecimento para o trocador de calor na bateria para resfriar a célula da bateria.
-Refrigerante resfriamento direto: Apresente diretamente o refrigerante do equipamento de refrigeração no trocador de calor na bateria para esfriar a célula da bateria por condução de calor.
A comparação de diferentes métodos de refrigeração é a seguinte:
◆ resfriamento natural de ar: O desempenho de resfriamento é afetado pelo ambiente externo, o sistema não requer controle adicional, consumo de energia, ocupação espacial pequena, baixo custo, processo confiável e baixo risco de percorrer a água.
◆ Resfriamento de ar forçado;
◆Resfriamento líquido: O efeito de resfriamento é bom, o volume do sistema é moderado, o princípio de controle é maduro e a dificuldade de implementação é moderada. No entanto, esse método possui um sistema pesado, alto consumo de energia, o custo mais alto, a confiabilidade média do processo e um alto risco de percorrer a água. Atualmente, o resfriamento líquido é a solução de resfriamento mais usada no setor.
◆Refrigerante de refrigerante. Atualmente, o refrigeração direta do refrigerante ainda está em fase de pesquisa e ainda não foi amplamente utilizada.
Embora a eficiência de troca de calor do refrigeração direta do refrigerante seja alta, quando o refrigerante evapora na bateria, a diferença de temperatura em vários lugares é grande, o que afeta a uniformidade da temperatura da bateria e, portanto, reduz o desempenho de carregamento e descarga. Além disso, a demanda de energia dos ônibus é grande, o número de baterias é grande e o layout do pipeline do sistema de refrigeração direto de refrigerante é relativamente complexo e há um risco de vazamento.
1.2 Método de aquecimento da bateria
Atualmente, os métodos comuns de aquecimento da bateria de energia incluem principalmente:
◆Aquecimento de filme de aquecimento elétrico: Integre o filme de aquecimento elétrico dentro da bateria para aquecer diretamente a célula da bateria.
- Quando a temperatura ambiente é superior a 0 ℃, esse método tem um bom efeito de aquecimento, nenhum controle adicional é necessário, baixo consumo de energia, baixo custo, ocupação de espaço pequeno e fácil de implementar.
- Quando a temperatura ambiente é inferior a 0 ℃, o efeito de aquecimento é bastante reduzido e geralmente não é usado.
◆Aquecimento líquido elétrico: Conecte um aquecedor de líquido elétrico em série no loop de circulação de água do gerenciamento térmico da bateria para aquecer o anticongelante para aumentar a temperatura da bateria.
- Este método tem um bom efeito de aquecimento, um tamanho moderado do sistema, menos ocupação espacial, princípio de controle maduro, alta confiabilidade do processo e baixa dificuldade na implementação.
- Embora o custo seja relativamente alto, atualmente é amplamente utilizado em sistemas de aquecimento de bateria devido à sua estabilidade e eficiência.
Seja no inverno ou no verão, a temperatura operacional normal da bateria é de 25 ℃ ± 5 ℃. No inverno, ele precisa ser aquecido pelo equipamento de gerenciamento térmico da bateria e a temperatura da água alvo para aquecimento é de 25 ℃ ± 5 ℃; No verão, ele precisa ser resfriado pelo sistema BTMS, e a temperatura da água alvo para o resfriamento também é de 25 ℃ ± 5 ℃. A seguir, apresenta três tipos de sistemas de gerenciamento térmico de bateria refrigerados a líquidos (aquecidos) comumente usados em ônibus. Esses três tipos de gerenciamento térmico da bateria são sistemas integrados de aquecimento e refrigeração. De acordo com os requisitos de uso e temperatura ambiente dos ônibus elétricos puros, quando o sistema precisa ser resfriado, o anticongelante é resfriado diretamente através do trocador de calor do BTMS; Quando o sistema precisa ser aquecido, o aquecedor de líquido elétrico PTC conectado em série no sistema de circulação de água do BTMS aquece o anticongelante.
Formulário de unidade simples
Composição do sistema
A unidade simples é composta principalmente por um trocador de calor de placa, uma bomba de água, um ventilador e um aquecedor líquido elétrico PTC. Seu princípio é mostrado na Figura 1 e sua composição é mostrada na Figura 2.
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1 - trocador de calor de placa
2、5 - válvula solenóide
3、4 - sensor de temperatura da água;
6 - aquecedor PTC
7 - fã
8 - Controlador
9 - bomba de água |
Princípio de trabalho
Quando o sistema recebe um sinal de resfriamento, a válvula solenóide 2 abre e a válvula solenóide 5 fecha.
A bomba de ventilador e água começam a funcionar, extraindo ar frio do duto de ar condicionado e resfriando o anticongelante através do trocador de calor de placas dentro da unidade.
O anticongelante resfriado é transportado para o trocador de calor dentro da bateria pela bomba de água e o calor é trocado com a célula da bateria para reduzir a temperatura da bateria.
Quando o sistema recebe um sinal de aquecimento, a válvula solenóide 2 fecha e a válvula solenóide 5 abre.
O aquecedor líquido elétrico PTC e a bomba de água dentro da unidade começam a funcionar para aquecer o anticongelante no sistema.
O anticongelante aquecido circula no trocador de calor dentro da bateria e aumenta a temperatura da bateria através da condução de calor.
Além das funções de aquecimento e resfriamento, a unidade refrigerada a água também possui uma função de autocirculação para reduzir a diferença de temperatura dentro da bateria.
Quando o BTMS envia um comando de autocirculação, o aquecedor PTC e o ventilador param de funcionar, mas a bomba de água continua a funcionar, e o anticongelante circula no circuito de água para garantir a temperatura uniforme da bateria.
Recursos e escopo de aplicação
✅ Vantagens
Estrutura simples e baixo custo.
Possuir funções básicas de resfriamento, aquecimento e auto-circulação.
❌ Limitações
Confie no ar condicionado da cabine para fornecer ar frio, que é bastante afetado pelo status operacional do sistema de ar condicionado.
A capacidade de resfriamento é limitada. Devido à falta de um sistema de refrigeração independente, a potência de resfriamento geralmente é menor que 2kW, o que é difícil de atender às necessidades de baterias de alta potência.
É adequado para baterias de carregamento lento com carga e descarga de baixa taxa e é frequentemente usado em barramentos híbridos, mas não para ônibus elétricos puros com requisitos mais rígidos de controle de temperatura.
Formulário de unidade não independente
Composição do sistema e princípio de trabalho
A unidade não independente usa o refrigerante do sistema de ar condicionado para controlar a temperatura da bateria, sem a necessidade de um sistema de refrigeração separado. Sua composição é mostrada na figura.
- Evaporador 1: O evaporador de ar condicionado da cabine fornece ar frio para a área de passageiros.
-evaporador 2: O evaporador da unidade resfriado a água é responsável por resfriar o anticongelante e fornecer o anticongelante de baixa temperatura ao trocador de calor da bateria para reduzir a temperatura da bateria.
- Circuito de refrigeração: Dois evaporadores são conectados em paralelo, compartilhando componentes -chave como o compressor, o condensador e a garrafa de secagem. O fluxo de refrigerante é controlado pelas válvulas solenóides 1 e 2, e as válvulas de expansão 1 e 2 são responsáveis por regular o fluxo dos dois refrigerantes.
Modo de refrigeração
- A válvula solenóide 2 é aberta e o refrigerante entra no evaporador 2 para trocar calor com o anticongelante para resfriar o anticongelante.
- O anticongelante de baixa temperatura circula no trocador de calor da bateria para reduzir a temperatura da bateria.
Modo de aquecimento
- A válvula solenóide 2 está fechada, a bomba de água e o aquecedor líquido elétrico PTC são iniciados e o anticongelante entra no trocador de calor da bateria após ser aquecido para aquecer a bateria.
Modo de auto-circulação
- A válvula solenóide 2 está fechada, o PTC para de funcionar, apenas a bomba de água funciona e o anticongelante circula no circuito de água para equilibrar a temperatura da bateria e impedir a diferença excessiva de temperatura.
Recursos e escopo de aplicação
✅ Vantagens
- Nenhum sistema de refrigeração adicional é necessário, reduzindo os custos dos equipamentos.
-Capacidade de refrigeração forte (≥6kW), adequada para ônibus elétricos puros com baterias de alta taxa de alta taxa.
❌ Limitações
- Afeta o resfriamento da área do passageiro, e o desvio do refrigerante enfraquecerá o efeito do ar condicionado e aumentará a carga do sistema.
- A correspondência do sistema é complexa e os fabricantes de ar condicionado e modelos de modelos diferentes não são fixos, dificultando a combinação da unidade de resfriamento de água com o ar condicionado.
- A instalação é limitada, os pipelines de alta e baixa pressão são longos, especialmente quando a bateria é colocada na parte inferior, a conexão entre o ar condicionado e a unidade de resfriamento de água é mais difícil.
- A lógica de controle é complexa e a demanda de resfriamento da bateria e o sistema de ar condicionado do veículo precisa ser coordenada, e os requisitos de estratégia de controle são altos.
Cenários aplicáveis:
- Aplicável a baterias de carregamento rápido com altas taxas de carga e descarga.
- Adequado para ônibus elétricos puros com altos requisitos para capacidade de resfriamento (≥6kW).
Formulário de unidade independente
Princípio e estrutura do sistema
A unidade independente é equivalente a um pequeno sistema de ar condicionado elétrico puro com um sistema de refrigeração independente e completo. A principal diferença está na estrutura do evaporador:
- O evaporador do ar condicionado comum é usado para troca de calor entre o refrigerante de ar condicionado e o ar;
- O evaporador da unidade independente é usado para troca de calor entre o refrigerante de ar condicionado e o anticongelante.
- Este trocador de calor único geralmente adota uma estrutura de concha e tubo, na qual:
- O tubo interno transmite o refrigerante;
- O tubo externo transmite a água de resfriamento;
- As barbatanas são distribuídas entre as duas camadas de tubos para aumentar a área de troca de calor e melhorar a eficiência da troca de calor.
- Existem dois formulários de design para unidades independentes:
- Design integrado
- Design dividido
Princípio de trabalho
Modo de refrigeração
- Depois que o sistema recebe o sinal de refrigeração, ele inicia o ventilador e a bomba de água.
- O refrigerante troca calor com o anticongelante através do trocador de calor da placa para reduzir a temperatura do anticongelante.
- O anticongelante entra no trocador de calor da bateria através da circulação da bomba de água para obter o resfriamento da bateria.
Modo de aquecimento
- Depois que o sistema recebe o sinal de aquecimento, ele inicia o aquecedor líquido elétrico PTC e a bomba de água.
- Depois que o anticongelante é aquecido, ele flui para o trocador de calor dentro da bateria para aumentar a temperatura da bateria através da troca de calor.
Recursos e escopo de aplicação
✅ Vantagens
- O sistema independente, não afetado pelo desempenho do refrigeração do ar condicionado, pode responder rapidamente às mudanças na temperatura da bateria.
- Layout flexível, a energia pode ser ajustada conforme necessário para atender às diferentes necessidades de resfriamento.
- A lógica de controle é simples, porque existe um sistema de refrigeração independente, não há necessidade de considerar as necessidades de resfriamento do ar condicionado da área de passageiros.
- A capacidade de resfriamento é ajustável, geralmente acima de 2 kW, adequada para ônibus elétricos híbridos ou puros com baterias de carregamento rápido de alta taxa.
❌ Limitações
- Comparado com o sistema unitário não independente, a unidade independente possui um conjunto adicional de compressores e condensadores para refrigeração independente, e o custo é um pouco maior. Mas como é um sistema independente, a lógica de controle é mais simples que a da unidade não independente.
Cenários aplicáveis:
- Aplicável a baterias de carregamento rápido com altas taxas de carga e descarga da bateria, como ônibus híbridos e ônibus elétricos puros.
Conclusão
Como um componente -chave dos ônibus elétricos, o BTMS afeta diretamente o desempenho, a segurança e a vida útil da bateria de energia. Portanto, no design e desenvolvimento de ônibus elétricos, é muito importante ter um profundo entendimento e domínio da estrutura e princípio de trabalho do equipamento de gerenciamento térmico da bateria. Isso não apenas ajuda a melhorar a eficiência geral do veículo, mas também garante a confiabilidade a longo prazo da bateria, fornecendo um suporte mais forte para a operação do veículo.Saiba mais sobre o sistema de gerenciamento térmico da bateria Guchen
