Principal fornecedor e fabricante de soluções de gerenciamento térmico de baterias

Gerenciamento térmico da bateria (BTM) envolve a regulação ativa ou passiva da temperatura de uma bateria para mantê-la dentro da faixa operacional ideal de 10°C a 45°C. Requisitos técnicos mais avançados também incluem controlar a diferença de temperatura entre cada bateria da bateria para menos de 5°C. Suas principais funções incluem resfriamento, aquecimento, e equilíbrio de temperatura, garantindo a operação segura e eficiente da bateria sob várias condições ambientais.

Seus objetivos centrais são:
1. Evitar fuga térmica: Evite altas temperaturas que desencadeiam reações exotérmicas em cadeia (como incêndios ou explosões);
2. Otimize o desempenho da bateria: Aqueça a bateria em baixas temperaturas para aumentar a capacidade de descarga e resfrie-a em altas temperaturas para manter a produção de energia;
3. Prolongue a vida útil da bateria: Reduza as flutuações de temperatura que causam degradação da bateria (como revestimento de lítio ou espessamento do filme SEI).

Baterias de energia são a fonte de energia para veículos elétricos. Durante o carregamento e descarregamento, as próprias baterias geram uma quantidade significativa de calor, levando a um aumento na temperatura. Temperaturas elevadas podem afetar várias características da bateria, como resistência interna, tensão, estado de carga (Soc), capacidade disponível, eficiência de carga/descarga, e vida útil da bateria.

Os efeitos térmicos da bateria também afetam a segurança do veículo, desempenho, e ciclo de vida da bateria. Vou elaborar esses pontos nas seções seguintes, então por favor continue lendo. Portanto, o gerenciamento térmico da bateria é de extrema importância.

1 Precisão do controle de temperatura: Minimize as diferenças de temperatura entre células individuais dentro da bateria, com uma diferença máxima de temperatura de ≤5°C.
2 Controle de faixa de temperatura: Mantenha a temperatura da bateria dentro da faixa ideal de 10–45°C.
3 Rácio de eficiência energética: Minimize o consumo de energia do BTMS para reduzir seu impacto na autonomia do veículo.
4 Supressão de fuga térmica: O BTMS evita a fuga térmica através do monitoramento da temperatura e do resfriamento rápido, qual é o núcleo da segurança.

Atualmente, a solução mais confiável e prática para gerenciamento térmico de baterias EV é a tecnologia de refrigeração líquida. Usarei o resfriamento líquido como exemplo para explicar.

1. Absorção de calor (bateria → refrigerante)
O calor gerado durante o carregamento e descarregamento da bateria é transferido para a placa de resfriamento líquido em contato com a bateria por meio de condução térmica. O refrigerante flui através dos microcanais dentro da placa de resfriamento líquido, absorvendo calor através da troca de calor convectiva, fazendo com que a temperatura do líquido refrigerante suba.
2. Transferência de calor (refrigerante → radiador)
O líquido refrigerante aquecido é acionado por uma bomba d'água elétrica e transportado através de tubos até o radiador. O radiador dissipa o calor para o ambiente através do resfriamento forçado do ar, fazendo com que a temperatura do líquido refrigerante diminua.
3. Circulação
O refrigerante resfriado retorna para a placa de resfriamento líquido, formando uma circulação em circuito fechado.

Resumindo, seu princípio de funcionamento é baseado nos mecanismos físicos de condução de calor e transferência de calor por convecção, conseguindo a absorção, transferir, e dissipação do calor da bateria através de um sistema de refrigeração em circuito fechado.

Existem vários tipos de BTMS, e diferentes empresas têm designs diferentes. Portanto, a seguir estão apenas os componentes principais:
1 Meio de transferência de calor: ar, refrigerante, material de mudança de fase, etc..
2 Componentes de troca de calor: radiadores, placas de resfriamento líquido, tubos de calor, etc..
3 Unidades de acionamento: bombas de água elétricas, fãs, vibradores eletromagnéticos, etc..
4 Detecção e controle: sensores de temperatura (monitoramento de temperaturas de células/módulos), Unidades de controle BMS (regulando a taxa de fluxo/velocidade do ventilador com base no feedback de temperatura)
5 Componentes acessórios: Aquecedores PTC, materiais de isolamento, materiais de interface térmica, etc..

Geralmente, existem dois tipos principais: resfriamento ativo e resfriamento passivo. A principal diferença é se o consumo de energia ocorre. Se ocorrer consumo de energia, é resfriamento ativo; se houver consumo zero de energia, é resfriamento passivo.

O sistema de resfriamento ativo inclui o seguinte:

1. Sistema de refrigeração refrigerado a ar

Este sistema utiliza principalmente o princípio da convecção de ar para circular o ar dentro do compartimento da bateria. O ar circulante retira o calor das baterias, diminuindo assim sua temperatura. Simultaneamente, o ar sofre mais troca de calor dentro do evaporador, onde o refrigerante evapora para reduzir a temperatura do ar circulante.Vantagens: Estrutura de sistema simples, baixo custo, e fácil manutenção.
Desvantagens: Baixo desempenho de dissipação de calor em alta temperatura, baixa eficiência de inicialização em baixa temperatura, e estabilidade desigual entre baterias.

2. Sistema de resfriamento direto de refrigerante

Este sistema utiliza principalmente o princípio do calor latente de evaporação dos refrigerantes. Um sistema de ar condicionado é estabelecido dentro do sistema de bateria, com placas de resfriamento instaladas dentro do sistema de bateria. O refrigerante evapora dentro das placas de resfriamento, removendo de forma rápida e eficiente o calor do sistema de bateria para obter resfriamento.

Vantagens: Estrutura simples, distribuição de temperatura teoricamente uniforme, e bom desempenho de resfriamento;
Desvantagens: Atualmente, a tecnologia ainda não está madura, e a comercialização é improvável no curto prazo.

3. Integração: Sistema de resfriamento compartilhado resfriado a água

Um trocador de calor a placas é adicionado e acoplado ao sistema de ar condicionado. As baterias trocam calor com o refrigerante através das placas de resfriamento. O refrigerante resfriado ou aquecido é bombeado para o trocador de calor de placas, onde o refrigerante flui para um lado e o refrigerante flui para o outro. O calor é removido pelo refrigerante, e o refrigerante flui para fora do trocador de calor de placas e de volta para as baterias, completando o ciclo.

Vantagens: Estrutura compacta, componentes de aquecimento de bateria integrados, alta eficiência de inicialização em baixa temperatura, excelente resfriamento em alta temperatura, e distribuição uniforme de temperatura.
Desvantagens: Vários componentes do sistema e estratégia de controle complexa.

4 Sistema de refrigeração líquida de bateria independente

Quando a bateria precisa de resfriamento, ele troca calor com o refrigerante através da placa de resfriamento. O refrigerante aquecido é bombeado para o trocador de calor de placas por uma bomba de água eletrônica. Dentro do trocador de calor a placas, o refrigerante flui para um lado e o refrigerante flui para o outro, onde o calor é trocado. O calor é removido pelo refrigerante, e o refrigerante flui para fora do trocador de calor de placas e de volta para a bateria, completando o ciclo.
Quando a bateria precisa de aquecimento, o circuito de refrigeração é fechado e o aquecedor de líquido PTC é ativado. O refrigerante aquecido é então alimentado na bateria, onde aquece a bateria através da placa de resfriamento. A temperatura interna da bateria é controlada controlando o circuito de refrigeração e o aquecedor de líquido PTC.

Vantagens: Estrutura compacta, componentes de aquecimento de bateria integrados, alta eficiência de partida em baixa temperatura, excelente resfriamento em alta temperatura, e distribuição uniforme de temperatura.
Desvantagens: Vários componentes do sistema e estratégia de controle complexa.

O sistema de refrigeração líquida de bateria independente consiste em um compressor, condensador, válvula de expansão, trocador de calor de placas, bomba de água eletrônica, Aquecedor de líquido PTC, Tanque de expansão, e controle elétrico.

Os sistemas de resfriamento passivo incluem os seguintes:

1. Gerenciamento térmico da bateria do material de mudança de fase (PCM-BTM)

Este sistema utiliza as propriedades de calor latente de materiais de mudança de fase (PCMs), absorver ou liberar calor através de transições de fase sólido-líquido. Transfere calor através das propriedades físicas do material, eliminando o consumo de energia de sistemas de resfriamento ativos.

Vantagens: Sem consumo de energia, temperatura consistente.
Desvantagens: Peso pesado, vida útil curta.

2. Tecnologia de tubo de calor

A tecnologia de tubo de calor é um elemento de condutividade térmica altamente eficiente que utiliza mudança de fase em líquidos para transferência de calor. Consiste em um invólucro tubular, um pavio, e tampas finais. Uma pressão negativa é criada dentro do tubo e preenchida com um líquido de baixo ponto de ebulição. Quando uma extremidade é aquecida, o líquido evapora e vaporiza. O vapor flui para a extremidade fria, condensando e liberando calor. O líquido condensado então flui de volta para a extremidade de evaporação através da ação capilar, formando um ciclo.

Vantagens: Sem consumo de energia, temperatura uniforme.
Desvantagens: Alto custo e design complexo. É usado principalmente em equipamentos de naves espaciais.

BTMS: Centra-se no controle de temperatura e é um subsistema de execução do BMS.
BMS: Abrange quatro funções principais: monitoramento de status, controle elétrico (Ou seja,, lógica de carga e descarga), controle térmico (Ou seja,, BTMS), e proteção de segurança (detecção de isolamento).Resumindo, os dois sistemas colaboram para gerenciar o controle térmico em veículos elétricos, trocando dados e comandos através do barramento CAN. BTMS é o subsistema central do BMS, responsável pelo controle de limite de segurança térmica. Sem BMS e BTMS, o risco de mau funcionamento da bateria aumenta significativamente.

Solução de água de etilenoglicol, líquido fluorado, água deionizada, óleo mineral, nanofluidos, etc..

A geração de calor durante a carga e descarga é um fenômeno físico e químico inevitável. Isto se deve às perdas de energia durante o processo de conversão e às características dos materiais internos.
1 Calor Joule – Quando a corrente flui através dos componentes resistivos dentro da bateria, energia elétrica é convertida em energia térmica, de acordo com a lei de Joule: Qj = I²Rt.
2 Calor de reação - O calor de mudança de entropia gerado quando íons de lítio são inseridos ou removidos do eletrodo.
3 Calor de polarização — Calor gerado devido ao consumo adicional de energia causado pela obstrução da transferência de carga na superfície do eletrodo.

O superaquecimento localizado dentro da bateria desencadeia uma reação em cadeia de reações exotérmicas. A temperatura sobe rapidamente em várias centenas de graus por segundo para mais de 800 graus, acompanhada por descarga da válvula de alívio de pressão e incêndio.

Um aumento na temperatura afeta a capacidade utilizável e o ciclo de vida das baterias.

Ciclo de vida:
Como pode ser visto nos dois gráficos, a temperatura tem um impacto significativo na vida útil da bateria. Para a mesma célula de bateria, a uma temperatura ambiente de 23°C, a capacidade restante após 6,238 dias é 80%. Se a bateria for exposta a uma temperatura ambiente de 55°C, a capacidade restante atinge 80% depois de apenas 272 dias. Um aumento de temperatura de 32°C resulta em 95% redução na vida útil das células. Como mostrado no gráfico, quanto maior a temperatura, mais grave será a degradação da vida útil da bateria.

Capacidade disponível:
Como mostrado nos dois gráficos, a temperatura também afeta significativamente a capacidade disponível da bateria. Para o mesmo tipo de célula, quando a capacidade restante for 90%, a capacidade de saída a 25°C é 300 KWH, enquanto a 35°C, a capacidade de produção é apenas 163 KWH. Um aumento de 10°C na temperatura resulta em 45% diminuição da capacidade utilizável da célula.
Resumo:
Em baixas temperaturas (<0°C), a capacidade da bateria cai de 30% a 50%. Isto se deve ao aumento da viscosidade do eletrólito e à redução da mobilidade do íon-lítio.. Em altas temperaturas (>45°C), o ciclo de vida acelera e o risco de fuga térmica aumenta. Isto se deve ao contínuo espessamento do filme SEI e à perda de lítio ativo. Decomposição adicional pode levar à fuga térmica.
Em diferenças de temperatura (>5°C), a capacidade efetiva da bateria diminui em 10% para 30%. Isso ocorre porque a resistência interna da bateria é inconsistente, perturbando a consistência eletroquímica.

Atualmente, a tecnologia de resfriamento líquido é o principal método de resfriamento de bateria usado em veículos elétricos. Equilibra efetivamente a eficiência da dissipação de calor, uniformidade de temperatura, e custo. Com avanços em inovação de materiais (como nanofluidos) e integração de sistemas (como resfriamento direto da bomba de calor), os sistemas de gerenciamento térmico de baterias estão evoluindo para baixo consumo de energia, design leve, e funcionalidade inteligente. As previsões sugerem que a comercialização de baterias totalmente em estado sólido por 2027 impulsionará o resfriamento de mudança de fase baseado em contato para se tornar o mainstream. No entanto, estas são apenas previsões, e dado o ritmo acelerado do desenvolvimento tecnológico em todo o mundo, apenas fortalecendo o próprio R&Capacidades D podem acompanhar os tempos.
A TKT foi criada em 1998, e a pesquisa e fabricação de BTMS começaram em 2014. Já colaboramos com montadoras de renome mundial como BYD e TATA Motors em projetos de desenvolvimento customizados. Se você estiver interessado em gerenciamento térmico de bateria, sinta-se à vontade para deixar uma mensagem para consulta.