As bandejas de baterias em compósito termoplástico estão se tornando uma tecnologia fundamental no setor de veículos de novas energias. Essas bandejas incorporam muitas das vantagens dos materiais termoplásticos, incluindo leveza, resistência superior, resistência à corrosão, flexibilidade de design e excelentes propriedades mecânicas. Essas propriedades são cruciais para garantir a durabilidade e a confiabilidade das bandejas de baterias. Além disso, o sistema de refrigeração em um conjunto de baterias termoplásticas desempenha um papel vital na manutenção do desempenho da bateria, prolongando sua vida útil e garantindo uma operação segura. Um sistema de gerenciamento térmico eficaz garante que a bateria seja mantida dentro da faixa de temperatura desejada em todas as condições de operação, aumentando assim a eficiência e a segurança da bateria.
Como tecnologia habilitadora para carregamento rápido, a Kautex demonstra a implementação do resfriamento por imersão bifásico, onde a célula de tração é utilizada como evaporador no processo de resfriamento. O resfriamento por imersão bifásico atinge uma taxa de transferência de calor extremamente alta de 3400 W/m²*K, maximizando a uniformidade da temperatura dentro da bateria na temperatura ideal de operação. Como resultado, o sistema de gerenciamento térmico da bateria pode gerenciar cargas térmicas de forma segura e permanente em taxas de carregamento acima de 6C. O desempenho de resfriamento por imersão bifásico também inibe com sucesso a propagação de calor dentro da carcaça termoplástica composta da bateria, dissipando o calor para o ambiente em até 30°C. O ciclo térmico é reversível, permitindo o aquecimento eficiente da bateria em condições ambientais frias. A implementação da transferência de calor por ebulição em fluxo garante uma alta transferência de calor constante sem colapso das bolhas de vapor e consequentes danos por cavitação.
No conceito de resfriamento por imersão bifásica direta da Kautex, o fluido está em contato direto com as células da bateria dentro da carcaça, o que equivale a um evaporador em um ciclo de refrigeração. A imersão das células maximiza o uso da área da superfície da célula para transferência de calor, enquanto a evaporação constante do fluido, ou seja, a mudança de fase, garante a máxima uniformidade de temperatura. O esquema é mostrado na Figura 2.
Figura 2. Princípio de funcionamento do resfriamento por imersão bifásico.
A ideia de integrar todos os componentes necessários para a distribuição de fluidos diretamente em uma carcaça de bateria termoplástica e não condutora promete ser uma abordagem sustentável. Quando a carcaça e a bandeja da bateria são feitas do mesmo material, elas podem ser soldadas entre si para garantir estabilidade estrutural, eliminando a necessidade de materiais de encapsulamento e simplificando o processo de reciclagem.
Estudos demonstraram que um método de resfriamento por imersão em duas fases, utilizando o fluido refrigerante SF33, apresenta capacidades superiores de dissipação de calor na transferência do calor da bateria. Este sistema manteve as temperaturas da bateria na faixa de 34-35°C em todas as condições de teste, demonstrando excelente uniformidade de temperatura. Fluidos refrigerantes como o SF33 são compatíveis com a maioria dos metais, plásticos e elastômeros, e não danificam os materiais termoplásticos da carcaça da bateria.
Figura 3 Experimento de medição de transferência de calor do pacote de baterias [1]
Além disso, o estudo experimental comparou diferentes estratégias de resfriamento, como convecção natural, convecção forçada e resfriamento líquido com o fluido refrigerante SF33, e os resultados mostraram que o sistema de resfriamento por imersão bifásico foi muito eficaz na manutenção da temperatura da célula da bateria.
De forma geral, o sistema de resfriamento por imersão bifásico oferece uma solução de resfriamento eficiente e uniforme para baterias de veículos elétricos e outras aplicações que requerem armazenamento de energia, contribuindo para melhorar a durabilidade e a segurança das baterias.
Data da publicação: 14 de outubro de 2024