La fuga térmica suele ser causada por una corriente excesiva o una temperatura ambiente alta e implica varias fases:
- A partir de los 80ºC, la capa de interfase de electrolitos sólidos (SEI) comienza a descomponerse; después de lo cual el electrolito reacciona con el ánodo. Esta reacción es exotérmica, lo que aumenta rápidamente la temperatura.
- En segundo lugar, la temperatura elevada hace que los disolventes orgánicos se descompongan y provoquen la liberación de gases, que normalmente comienza alrededor de los 110ºC. Durante esta fase, la presión dentro de las células aumenta y la temperatura se eleva más allá del punto de inflamación. Sin embargo, el gas no se enciende debido a la falta de oxígeno.
- Finalmente a 135ºC el separador se funde provocando un cortocircuito entre el ánodo y el cátodo, provocando que el cátodo de óxido metálico se rompa a 200ºC y liberando oxígeno que permite quemar el electrolito y el gas hidrógeno. Esta reacción también es exotérmica y rápidamente aumenta la temperatura y la presión aún más.
Baterías refrigeradas por líquido; la respuesta a la fuga térmica.
Para regular la temperatura de las celdas en paquetes de baterías de vehículos eléctricos de iones de litio de alta energía, los fabricantes emplean sofisticados sistemas de gestión térmica de baterías, que a menudo incorporan disipadores de calor refrigerados por líquido, para controlar las temperaturas altas y bajas.
Pero para implementar un diseño eficiente de disipador de calor refrigerado por líquido para una batería de vehículo eléctrico o híbrido, es importante determinar la temperatura de la batería y el perfil de flujo de calor a través de pruebas y registros de valores en múltiples ubicaciones. Esto se hace mediante termopares durante los ciclos de carga y descarga de la batería.
Una vez que se recopilan y analizan estos datos, las líneas de tendencia se extrapolan para ajustarse a los datos de flujo de calor y luego se utilizan para crear ecuaciones para el perfil de flujo de calor durante las fases de carga y descarga.
Tan pronto como se haya registrado este perfil, se crea un modelo de “medio disipador de calor” utilizando un software de modelado como PTC Creo Parametric 3D. De esta manera, las rutas propuestas de los canales de flujo de fluido se pueden trazar para crear el canal de enfriamiento deseado secciones transversales a lo largo de las rutas críticas.
Sin embargo, la transferencia de calor eficaz requiere un equilibrio fino entre la velocidad, la presión y la temperatura del fluido que fluye a través de los canales del disipador de calor. Por lo tanto, es fundamental optimizar las presiones de entrada y salida para controlar el caudal del refrigerante a través del disipador de calor.
La medición precisa de las presiones optimiza la transferencia de calor
Y con un diferencial de presión de aproximadamente 0,008273709 bar considerado óptimo, los sensores de presión utilizados para medir las presiones de fluido a través del disipador de calor deben increíblemente preciso y estable en una amplia gama de temperaturas y presiones.
Hay solo un puñado de fabricantes de sensores de presión en el mundo que producen instrumentos capaces de realizar la tarea de manera confiable. Los fabricantes se eligen para suministrar sensores de presión a los equipos de desarrollo de todo el mundo debido a su rendimiento preciso y constante.
Los resultados de la prueba estos sensores de calidad Los registros se utilizan para trazar las presiones máxima y mínima a diferentes caudales volumétricos, lo que permite comparar diferentes diseños de canales de flujo.
Como se define en la ecuación de Bernoulli, donde la velocidad al cuadrado varía inversamente con la presión, la caída de presión aumenta cuadráticamente a medida que aumenta el caudal volumétrico.
Por esta razón, los ingenieros optan por canales más anchos que permitan un caudal y más pases sobre la batería, optimizando así la transferencia de calor de las celdas al disipador de calor.
Por lo tanto, en gran parte gracias a las mediciones de presión precisas durante la fase de desarrollo, el calor disipado a través de la convección forzada ha mejorado significativamente la seguridad, confiabilidad y capacidad de ciclo de las baterías de iones de litio.
