Tecnologie comuni di gestione termica della batteria
per i veicoli a nuova energia
Il sistema di raffreddamento dei veicoli a nuova energia è generalmente costituito da tre parti: sistema di circolazione di raffreddamento della batteria, sistema di circolazione di raffreddamento a controllo elettronico del motore e sistema di circolazione dell'aria calda dell'aria condizionata. Diversi metodi di gestione termica della batteria implicano numeri di parti, strutture e layout diversi. Vengono selezionati diversi tipi di sistemi di gestione termica in base ai costi di sviluppo del veicolo, al peso del veicolo e ai requisiti di spazio di layout. I suoi principali percorsi tecnici includono i seguenti cinque tipi.
1. Tipo di raffreddamento diretto
Denominato tecnologia di raffreddamento diretto della batteria, il sistema di raffreddamento diretto è dotato di un evaporatore di refrigerazione integrato all'interno della batteria ed è collegato al sistema di condizionamento dell'aria tramite tubazioni. Quando è necessario raffreddare la batteria, viene utilizzato un compressore per inviare il refrigerante compresso nell'evaporatore all'interno della batteria e quindi rimuovere la batteria. Il calore interno raggiunge l'effetto di raffreddamento. Il sistema presenta i vantaggi di una struttura compatta, un buon effetto di raffreddamento, un numero ridotto di parti (è necessaria solo una tubazione di refrigerazione in ingresso e una in uscita) e un peso leggero. Tuttavia, gli svantaggi di questo sistema sono che non può riscaldare la batteria in condizioni di bassa temperatura sotto lo zero, l'acqua di condensa generata durante il processo di refrigerazione non è protetta e l'uniformità della temperatura del refrigerante è difficile da controllare. Il sistema di refrigerazione ha una durata breve e una bassa affidabilità e spesso si verificano perdite di refrigerante. Perdite, capacità di refrigerazione insufficiente e altri guasti. Questa è la più recente tecnologia di raffreddamento della batteria con una maturità relativamente bassa. È stato applicato in modelli prodotti in serie come BYD e Tesla sul mercato. Si tratta di un importante percorso tecnico in futuro, come mostrato nella Figura 1.
2. Tipo di raffreddamento ad acqua del radiatore
Il circuito di raffreddamento del radiatore è un circuito indipendente, costituito da un radiatore, una pompa dell'acqua elettronica, un riscaldatore, ecc., con antigelo come mezzo. L'antigelo esce dal radiatore, passa attraverso il riscaldatore, quindi alla batteria e infine ritorna al radiatore. Questo ciclo raffredda e riscalda la batteria. Il sistema presenta i vantaggi di una struttura semplice, di un basso costo e di un risparmio energetico in ambienti a bassa temperatura durante tutto l'anno. Tuttavia, l'efficienza di dissipazione del calore di questo sistema è bassa e la temperatura dell'acqua è elevata negli ambienti climatici ad alta temperatura in estate e non può soddisfare le condizioni operative in ambienti ad alta temperatura, come mostrato nella Figura 2.
3. Tipo di raffreddamento ad acqua a raffreddamento diretto
Questo sistema integra il raffreddamento diretto e il raffreddamento ad acqua e collega il sistema di condizionamento dell'aria e il sistema di raffreddamento ad acqua attraverso il refrigeratore della batteria (chiamato anche scambiatore di calore). Questo sistema evita gli inconvenienti dei primi due metodi di raffreddamento ed è attualmente uno dei sistemi di gestione termica della batteria più comunemente utilizzati. Il sistema ha più componenti dei due precedenti. Il sistema è più complesso e richiede uno spazio relativamente ampio per la disposizione dei componenti. Durante il funzionamento il compressore è sottoposto a un carico pesante, che consuma molta energia per l'intero veicolo ed è poco economico. Inoltre, in caso di guasto di una parte dell'impianto di climatizzazione, il fabbisogno di raffreddamento della batteria non può essere soddisfatto al massimo, vedere Figura 3.
4. Tipo ibrido raffreddato ad acqua
Questo sistema si basa sul sistema di raffreddamento ad acqua a raffreddamento diretto e aggiunge un sistema di raffreddamento ad acqua del radiatore. I due sono disposti in circuiti paralleli. Controllando l'elettrovalvola, vengono utilizzati diversi circuiti per raffreddare la batteria in condizioni diverse. In ambienti a bassa temperatura funziona solo il sistema di raffreddamento ad acqua del radiatore. In un ambiente ad alta temperatura, passare al sistema di raffreddamento ad acqua diretto per funzionare. In condizioni di lavoro difficili, i due sistemi possono funzionare contemporaneamente e la batteria può anche ottenere la massima capacità di raffreddamento, che può coprire praticamente tutti gli ambienti di utilizzo. Questo sistema di raffreddamento è estremamente complesso, ha costi elevati, richiede molto spazio nel layout del veicolo, ha strategie di controllo del sistema complesse e rappresenta una sfida per la stabilità e l'affidabilità. Questo sistema viene utilizzato anche nella maggior parte dei modelli PHEV ibridi sul mercato e dispone di una tecnologia matura, come mostrato nella Figura 4.
5. Tipo di raffreddamento ad aria
Questo sistema conduce direttamente l'aria fredda dal raffreddamento dell'abitacolo alla batteria attraverso il condotto e utilizza l'aria fredda per raffreddare la batteria. I vantaggi di questo sistema sono la struttura semplice, la temperatura dell'aria fredda controllabile e il basso costo del sistema. Presenta però anche gli svantaggi del sistema di raffreddamento diretto. Il sistema non ha funzione di riscaldamento e l'acqua di condensa generata sulla superficie della batteria non si asciuga facilmente e sussiste il rischio di corrosione e contaminazione all'interno della batteria. Questo tipo di metodo di gestione termica generalmente non è consigliato, vedere Figura 5.
