Gerenciamento térmico da bateria EV: quatro tecnologias de resfriamento explicadas

Como as baterias EV “resfriam”? Quatro principais tecnologias de gerenciamento térmico

Com a rápida evolução dos novos veículos energéticos, a bateria de tração não é apenas o “coração” de um veículo elétrico, mas também um fator decisivo para o desempenho, segurança e vida útil.
As baterias de íons de lítio, amplamente adotadas por sua alta densidade de energia e longo ciclo de vida, funcionam como um sistema biológico de precisão – o controle estável da temperatura é essencial para uma operação segura e eficiente.

1. Por que as baterias requerem controle térmico?
O duplo desafio do superaquecimento e do resfriamento excessivo

A geração de calor é inevitável durante a carga e descarga da bateria. Para baterias EV de alta capacidade e alta densidade energética, o acúmulo de calor e a não uniformidade de temperatura tornam-se desafios críticos de engenharia.

Riscos de alta temperatura

• Os sistemas eletroquímicos de baterias são inerentemente sensíveis ao calor
• Para cada aumento de 10 °C, o envelhecimento da bateria normalmente acelera em aproximadamente 2×
• Estudos mostram que células Sony 18650 cicladas a 50 °C podem perder até 60% da capacidade após 500 ciclos
• O calor excessivo acelera a degradação ativa do material, aumenta a resistência interna e pode desencadear fuga térmica

Limitações de baixa temperatura

• A atividade iônica reduzida limita a potência de carga/descarga
• A capacidade e a autonomia diminuem acentuadamente
• A experiência do usuário e a capacidade de carregamento rápido estão comprometidas

Objetivo de gerenciamento térmico

Mantenha a operação da bateria dentro de uma janela ideal de 25 a 40 °C, garantindo dissipação de calor eficiente em altas temperaturas e aquecimento eficaz em ambientes frios.

Este artigo se concentra especificamente emtecnologias de resfriamento de bateria.

2. Tecnologias convencionais de resfriamento de bateria
Quatro caminhos comprovados de gerenciamento térmico

Os sistemas modernos de baterias de veículos elétricos normalmente dependem de quatro abordagens de resfriamento maduras, que juntas formam a base da segurança e do desempenho da bateria.

2.1 Sistema de Resfriamento de Ar (AC) – Convecção Forçada ou Natural

Princípio de funcionamento

O calor é dissipado através do fluxo de ar, seja por meio de:

• Convecção natural gerada pelo movimento do veículo
• Convecção forçada usando ventiladores

Perspectiva de engenharia
O resfriamento a ar oferece arquitetura simples e baixo custo, tornando-o adequado para as primeiras plataformas EV. No entanto, devido à baixa condutividade térmica e capacidade térmica do ar, a sua capacidade de arrefecimento é fundamentalmente limitada.

• À medida que a densidade de energia da bateria e as exigências de carregamento rápido aumentam, o arrefecimento do ar luta para:
• Controle o aumento da temperatura durante operação sustentada de alta potência
• Mantenha uma distribuição uniforme de temperatura em toda a embalagem

Aplicações típicas
VEs de baixa potência, microveículos e plataformas sensíveis ao custo com cargas térmicas modestas.

2.2 Sistema de resfriamento líquido (LC) – O padrão da indústria

Princípio de funcionamento
Uma bomba circula o refrigerante (normalmente uma mistura de água e glicol) através de placas frias de microcanais integradas nos módulos da bateria. O calor é transferido para um radiador frontal para dissipação.

Perspectiva de engenharia
Com condutividade térmica e capacidade térmica muito maior que a do ar, o resfriamento líquido permite:

• Controle preciso de temperatura
• Excelente uniformidade térmica
• Suporte para carregamento rápido e saída de alta potência

A refrigeração líquida tornou-se a solução padrão para veículos elétricos de médio a alto padrão.

Desafios de engenharia

• Aumento da complexidade do sistema (bombas, válvulas, tubulações)
• Peso adicionado
• Requisitos rigorosos para confiabilidade de vedação, resistência à corrosão e durabilidade a longo prazo

2.3 Resfriamento de Tubo de Calor (HP) – Gerenciamento de Hotspot Local

Princípio de funcionamento
Os tubos de calor usam um fluido de trabalho selado (por exemplo, água ou acetona) que passa por rápidos ciclos de evaporação-condensação para transferir calor de forma eficiente com diferença mínima de temperatura.

Perspectiva de engenharia
Os tubos de calor exibem uma condutividade térmica axial extremamente alta, muitas vezes equivalente a milhares de vezes a do cobre sólido.

Em sistemas de baterias EV, os tubos de calor raramente são usados ​​como soluções de refrigeração independentes. Em vez disso, eles agem como:

• Superestradas térmicas
• Melhoradores de equalização de temperatura

Eles são comumente integrados em placas de resfriamento líquido ou interfaces de módulos para:

• Extraia calor de pontos de acesso localizados
• Melhore a consistência geral da temperatura
• Mitigar o efeito das “células mais fracas”

2.4 Resfriamento de Material com Mudança de Fase (PCM)

Princípio de funcionamento
O PCM absorve ou libera grandes quantidades de calor latente durante as transições de fase sólido-líquido, estabilizando a temperatura em torno do seu ponto de mudança de fase.

Perspectiva de engenharia
Principais vantagens:

• Operação totalmente passiva
• Consumo zero de energia
• Excelentes características de amortecimento térmico

Limitações:

• Condutividade térmica intrinsecamente baixa
• Transferência lenta de calor sem aprimoramento

Aplicação prática
O PCM raramente é usado sozinho. Em vez disso, funciona como um amortecedor térmico combinado com sistemas ativos (normalmente refrigeração líquida), onde:

• Absorve picos de calor transitórios
• Retarda o aumento da temperatura
• Reduz o pico de carga no circuito de resfriamento primário

3. Integração de sistemas e tendências futuras
A sinergia multitecnológica é o futuro

À medida que as baterias de veículos elétricos avançam em direção a uma maior densidade de energia e a um carregamento mais rápido, as soluções de refrigeração únicas atingem os seus limites. A tendência da indústria é clara: arquiteturas híbridas de gerenciamento térmico.

As configurações típicas incluem:

• Resfriamento líquido + PCM: buffer térmico e redução de pico de carga
• Resfriamento líquido/ar + tubos de calor: extração rápida de pontos de acesso e equalização de temperatura
• Resfriamento direto com refrigerante: usando refrigerante HVAC para eficiência de resfriamento extremamente alta (aplicado em veículos elétricos premium selecionados)

4. Projeto térmico baseado em material
Como os barramentos RHI capacitam o gerenciamento térmico avançado da bateria

Cada tecnologia convencional de resfriamento de bateria – resfriamento líquido, resfriamento a ar, tubos de calor, PCM e até mesmo resfriamento termoelétrico emergente – impõe demandas térmicas e estruturais exclusivas aos barramentos, os condutores elétricos críticos dentro das baterias.

Como fornecedora líder de barramentos de cobre e alumínio e soluções de interconexão, a RHI aproveita o profundo conhecimento de materiais e processos de fabricação avançados para fornecer sistemas de barramentos adaptáveis ​​ao resfriamento e acionados por segurança, atuando como:

• Condutores térmicos eficientes
• Pontes elétricas confiáveis

4.1 Soluções de barramento para resfriamento termoelétrico (TEC)

Acoplamento térmico de precisão
Os módulos termoelétricos requerem resistência de contato térmico extremamente baixa.
A RHI fornece barramentos de cobre niquelados de alta planicidade, garantindo:

• Interfaces térmicas estáveis
• Resistência à oxidação
• Contato confiável com módulos TEC ou almofadas de isolamento termicamente condutivas

Isolamento elétrico de alta temperatura
Os sistemas TEC introduzem gradientes localizados de quente e frio.
RHIsbarramentos de alta temperaturaapresentando:

• Fita de mica interna
• Fita composta de cerâmica externa
  manter a rigidez dielétrica e a estabilidade mecânica sob repetidos ciclos térmicos.

Prontidão para integração do sistema
Barramentos de alumínio personalizados podem ser usinados com:

• Orifícios de montagem do sensor
• Superfícies de referência planas
• Recursos estruturais para integração BMS
  suportando controle térmico e elétrico de circuito fechado.

4.2 Barramentos para sistemas de resfriamento de tubos de calor

Bases térmicas de alta eficiência
Com condutividade térmica em torno de 385 W/m·K, RHIbarramentos de cobreatuam como dissipadores de calor eficazes, transferindo calor localizado de forma eficiente para as seções do evaporador do tubo de calor.

Integração espacial flexível
O RHI oferece:

• Conectores flexíveis laminados de cobre/alumínio
• Barramentos rígidos multiangulares dobrados em 3D
  permitindo o roteamento elétrico ao redor dos tubos de calor, preservando o fluxo de ar ideal ou o contato com a placa fria.

Correspondência de materiais em todas as faixas de temperatura

• Barramentos de cobre para zonas de alta temperatura e alta potência
• Barramentos de alumínio para áreas leves e de temperatura moderada
  Todos com isolamento por extrusão ou moldado por injeção para confiabilidade a longo prazo.

4.3 Valor do barramento central em sistemas de resfriamento convencionais

Sistemas de refrigeração líquida
Os barramentos RHI fornecem:

• Superfícies planas estanhadas ou niqueladas para baixa resistência térmica
• Isolamento de alta vedação via moldagem por inserção ou extrusão PA12
  mitigando efetivamente os riscos de vazamento de líquido refrigerante e condensação.

Sistemas de refrigeração a ar
O desempenho térmico é melhorado através de:

• Geometria otimizada do barramento para fluxo de ar
• Estruturas perfuradas ou tipo moldura para aumentar a área de dissipação de calor
• Acabamentos em cobre puro ou estanho brilhante para melhorar a transferência de calor radiativo

Resfriamento assistido por PCM
A RHI aborda a confiabilidade da interface a longo prazo, oferecendo:

• Barramentos com superfície tratada para melhor adesão ao PCM
• Isolamento totalmente encapsulado (por exemplo, moldagem por injeção PA66+GF30)
  evitando a interação química e garantindo um desempenho elétrico estável ao longo do tempo.

5. Conclusão

O gerenciamento térmico da bateria é um equilíbrio preciso entre segurança, desempenho e durabilidade. Do resfriamento a ar ao resfriamento a líquido, e dos tubos de calor aos materiais de mudança de fase, a evolução contínua e a integração das tecnologias de resfriamento estão impulsionando as baterias de veículos elétricos em direção a uma maior densidade de energia e a um carregamento mais rápido.

À medida que os sistemas de gestão térmica se tornam mais integrados e inteligentes, o projeto de interconexão elétrica desempenha um papel cada vez mais crítico.

Como parceiro confiável em soluções de interconexão de baterias, a RHI apoia esta evolução fornecendo:

• Dobra 3D avançada
• Sistemas de isolamento personalizados
• Engenharia de barramentos em nível de sistema

ajudando os clientes a construir sistemas de gerenciamento térmico de baterias eficientes, confiáveis ​​e prontos para o futuro.