Com a transformação da estrutura energética global e a melhoria da consciência de protecção ambiental, os veículos eléctricos tornaram-se uma importante direcção de desenvolvimento da indústria automóvel. Sendo o “coração” dos veículos elétricos, o desempenho e a vida útil das baterias afetam diretamente o desempenho e a confiabilidade de todo o veículo.
Neste contexto, a importância dos sistemas de gestão térmica das baterias tornou-se cada vez mais proeminente, e a tecnologia de refrigeração líquida, como um dos métodos eficientes de dissipação de calor, tornou-se uma das tecnologias-chave para melhorar o desempenho dos veículos elétricos. Enfrenta o duplo desafio do progresso tecnológico e do controlo de custos e tornou-se gradualmente num centro de investigação na indústria.
A tecnologia de resfriamento líquido refere-se à circulação de meios líquidos (como água, solução de etilenoglicol, etc.) para remover o calor gerado pela bateria, mantendo assim a bateria operando dentro de uma faixa de temperatura adequada. Esta tecnologia é particularmente importante em veículos elétricos de alto desempenho porque pode efetivamente prolongar a vida útil da bateria, melhorar a densidade energética e a eficiência de carregamento.
Em comparação com os sistemas tradicionais de refrigeração a ar, os sistemas de refrigeração líquida têm as vantagens de maior eficiência de condução de calor, menor tamanho e peso e menor ruído.
A concepção e fabrico de sistemas de refrigeração líquida é um projecto abrangente que exige que os engenheiros tenham conhecimentos e competências interdisciplinares, bem como uma compreensão profunda de novos materiais, novos processos e novas tecnologias. As múltiplas tecnologias-chave envolvidas incluem, mas não estão limitadas a:
01 Projeto do canal de fluxo
O projeto do canal de fluxo é o núcleo do sistema de refrigeração líquida e afeta diretamente as características de fluxo e a eficiência de troca de calor do refrigerante. Usando a tecnologia de simulação de dinâmica de fluidos computacional (CFD), os engenheiros podem simular o fluxo do refrigerante no canal de fluxo e prever e analisar a eficiência da troca de calor. Combinado com o método de otimização da topologia estrutural, a geometria ideal do canal de fluxo pode ser encontrada para alcançar maior condutividade térmica e menor resistência ao fluido.
02 Seleção de materiais
A escolha dos materiais tem impacto direto no desempenho do sistema de refrigeração líquida. Normalmente, as placas de resfriamento líquido escolhem materiais metálicos com alta condutividade térmica, como alumínio ou cobre, que podem conduzir efetivamente o calor da fonte de calor e retirá-lo rapidamente através do refrigerante. Porém, além da condutividade térmica, a resistência à corrosão e a resistência mecânica do material também são fatores que devem ser considerados no projeto. Essas características garantem que o sistema de refrigeração líquida possa manter estabilidade e confiabilidade a longo prazo em vários ambientes de trabalho.
03 Bomba e Radiador
A bomba e o radiador são o “coração” e os “pulmões” do sistema de refrigeração líquida. Juntos, eles mantêm a circulação do refrigerante e a dissipação do calor. Como “fonte de energia” do sistema de refrigeração líquida, a chave para a seleção da bomba reside na sua eficiência e confiabilidade. Ele precisa garantir que pode fornecer uma vazão estável sob várias condições de trabalho. O projeto do radiador precisa considerar a relação custo-benefício e, ao mesmo tempo, garantir o desempenho da dissipação de calor para obter a melhor relação custo-benefício.
04 Estratégia de Controle
A estratégia de controle é crucial para o funcionamento eficaz do sistema de refrigeração líquida. Através de algoritmos de controle precisos, a taxa de fluxo do refrigerante e os parâmetros de trabalho do radiador podem ser ajustados dinamicamente de acordo com a temperatura real e o estado de trabalho da fonte de calor, garantindo assim que a temperatura da bateria ou de outros componentes principais seja estável dentro a faixa de trabalho ideal para evitar superaquecimento ou resfriamento excessivo.
05 Processo de Fabricação
O avanço do processo de fabricação afeta diretamente o desempenho e a confiabilidade do sistema de refrigeração líquida. O uso da tecnologia de impressão 3D e da tecnologia de processamento de microcanais pode alcançar a fabricação precisa de placas de resfriamento líquido. Estas tecnologias tornam o tamanho e a forma do canal de fluxo mais precisos, melhorando assim a compactação e a eficiência de dissipação de calor de todo o sistema. Ao mesmo tempo, processos de fabricação avançados também ajudam a reduzir defeitos de fabricação e a melhorar a consistência e a confiabilidade do produto.
Atualmente, muitas marcas de veículos elétricos de ponta começaram a adotar sistemas de refrigeração líquida, como Porsche e Audi, e o Modelo S e o Modelo X da Tesla usam sistemas de bateria de refrigeração líquida, que alcançam um gerenciamento térmico eficiente por meio de placas de resfriamento e sistemas de circulação de refrigerante integrados na bateria.
