Sistemas de refrigeração de veículos elétricos e o papel dos sensores de pressão

O aumento da popularidade e aceitação de veículos elétricos não pode ser simplesmente colocado em palavras; é preciso olhar para os dados.

Até o final de 2020, mais de 10 milhões de carros elétricos estavam percorrendo estradas em todo o mundo.

Os veículos elétricos são atraentes para os compradores por muitas razões: eles produzem menos emissões, podem ser operados a custos significativamente mais baixos e oferecem melhores perspectivas de longo prazo em comparação com carros movidos a gasolina.

No entanto, um dos maiores desafios para fazer com que mais pessoas se convertam para veículos elétricos há muito tempo é o alcance limitado que eles podem viajar com uma única carga.

No entanto, esse obstáculo está sendo constantemente superado. Melhorias incrementais na tecnologia de baterias estão em ascensão, e o maxA gama máxima de veículos elétricos é ampliada a cada avanço, tornando a propriedade de veículos elétricos uma opção mais viável para uma futura geração de motoristas.

A Importância dos Sistemas de Refrigeração em Veículos Elétricos

As tentativas de melhorar a capacidade da bateria, no entanto, podem apresentar alguns desafios. A principal questão está relacionada ao resfriamento. As baterias geram calor quando carregam e descarregam. Portanto, quanto mais energia uma bateria armazena e quanto mais rapidamente ela carrega ou descarrega, mais calor ela tende a criar. Os veículos totalmente elétricos são equipados com um sistema de refrigeração que mantém limites de temperatura específicos na eletrônica de potência do veículo e nas baterias.

A principal função do sistema de resfriamento é garantir que a temperatura da bateria permaneça dentro dos limites operacionais seguros. Se a temperatura da bateria de íon de lítio em qualquer célula ficar muito quente, isso pode provocar uma reação em cadeia conhecida como fuga térmica, na qual a bateria completa sofre uma decomposição exotérmica catastrófica.

Prevenir o superaquecimento e a fuga térmica é, obviamente, fundamental. A maioria dos sistemas de refrigeração de veículos elétricos visa manter as baterias em sua temperatura operacional ideal na maior parte do tempo. Normalmente, isso significa uma distribuição de temperatura quase uniforme na faixa de 15 a 35 °C.

Se as temperaturas variarem significativamente em todo o pacote ou ficarem fora dessa faixa específica, os tempos de carregamento e a eficiência podem ser afetados negativamente, resultando em uma redução na vida útil da bateria.

Tecnologias de resfriamento EV elétricas veículos empregam várias tecnologias de refrigeração para gerenciar a temperatura dos sistemas de energia: ar, aletas e refrigeração líquida. O resfriamento de aletas é um mecanismo de resfriamento passivo simples e econômico que demonstrou ser bem-sucedido no mundo da eletrônica.

Efetivamente, a construção de componentes de uso intensivo de energia para apresentar aletas e sulcos em oposição a faces planas aumenta sua área de superfície, melhorando assim a taxa na qual eles podem dissipar o calor para o ambiente.

No entanto, as aletas têm aplicação limitada em veículos elétricos, pois podem aumentar significativamente o peso dos sistemas de energia.

resfriamento do ar, a circulação de ar relativamente frio através da superfície de um objeto quente, é outra tecnologia comparativamente simples, pois irá resfriá-lo mais rapidamente.

O resfriamento a ar é normalmente econômico e tem sido empregado em alguns modelos de carros elétricos (incluindo os primeiros modelos do Nissan Leaf). No entanto, este sistema pode ser relativamente intensivo em energia, e os carros que dependem do resfriamento do ar podem ter problemas em climas quentes.⁸

Refrigeração líquida é a maneira mais eficiente de controlar a temperatura das baterias e sistemas de energia em veículos elétricos.

A tubulação de refrigerante líquido em todos os sistemas de energia facilita a remoção eficaz de calor e, embora seja comparativamente cara e complexa, oferece um controle de temperatura mais preciso de sistemas eletrônicos e baterias em veículos elétricos.

À medida que os fabricantes se dirigem para a instalação de baterias de capacidade cada vez maior em veículos elétricos, as demandas que esses sistemas de refrigeração devem ser capazes de atender também estão aumentando.

Os sistemas de refrigeração líquida estão se tornando mais cruciais e complexos à medida que as taxas de carregamento e a capacidade da bateria aumentam.^9,10 Os sistemas de refrigeração líquida nos veículos elétricos atuais podem exigir a subdivisão do sistema de refrigeração em vários circuitos e a troca de calor entre o líquido refrigerante da bateria e o sistema A/C refrigerant.

O papel dos sensores de pressão nos sistemas de resfriamento EV

A pressão é um parâmetro chave no sistema de refrigeração líquida de um veículo elétrico. Os sensores de pressão são componentes vitais tanto para feedback quanto à regulação e otimização do sistema de refrigeração, bem como para detectar a perda de pressão que pode sugerir um vazamento.

À medida que os sistemas de refrigeração líquida crescem em complexidade, a demanda por sensores de pressão precisos e robustos para Sistemas de refrigeração de veículos elétricos agora é maior do que antes. 

Merit Sensor A Systems projeta e fabrica uma ampla gama de sensores de pressão de alto desempenho apropriados para aplicações EV exigentes. Os sensores da série TR foram desenvolvidos para oferecer medições precisas de pressão em meios agressivos, como gases, óleos e refrigerants.

Série TR os sensores de pressão incorporam uma matriz hermeticamente selada que é capaz de fazer medições de pressão pela parte traseira, onde a mídia só entra em contato com o substrato cerâmico, vidro e solda eutética ouro-estanho.

Os sensores da série TR também oferecem detecção de pressão precisa, confiável e robusta em aplicações complexas de sistema de fluido EV, com classificação para temperaturas de -40 °C a 150 °C.

Figura 1. Painel do Integração de vedação facial Série TR (MeriTrek starter Kit) na caixa de metal/plástico. Crédito da imagem: Merit Sensor

Sensores da série TVC foram otimizados para medir pressões médias a altas em refrigeragases até 2,000 kPa.

A montagem do elemento sensor de matriz de silício na parte superior de uma porta de pressão cerâmica significa que os sensores TVC têm a capacidade de medir a pressão traseira enquanto separam a mídia da eletrônica interna, oferecendo medições de pressão confiáveis ​​e robustas (pressão de ruptura 5x) durante uma vida útil prolongada, mesmo em meios agressivos.

Figura 2. Painel do Integração fácil da série TVC em carcaça de metal/plástico com vedação radial (o-ring). Crédito da imagem: Merit Sensor

Com conexões elétricas e de vedação simples, os sensores de pressão das séries TR e TVC foram projetados para integração perfeita em tubulações de sistemas de fluidos complexos e conectores rápidos devido à vedação facial e radial confiável.

Para saber mais, entre em contato Merit Sensor Systems e descubra como seus sensores de pressão oferecem uma série delelvantagens ed em sistemas EV.

Referências

1. Lutsey, N. & Nicholas, M. Atualização sobre os custos de veículos elétricos nos Estados Unidos até 2030. (2019).
2. Global EV Outlook 2021 – Análise. IEA https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021.
3. Quão verdes são os carros elétricos? | Meio Ambiente | O guardião.
4. Custos de funcionamento de veículos elétricos: quanto custa comprar e operar um carro elétrico | OVO Energia. https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html, https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html.
5. Quanto tempo antes de ficarmos sem combustíveis fósseis? Nosso mundo em dados https://ourworldindata.org/how-long-before-we-run-out-of-fossil-fuels.
6. As verdadeiras barreiras à adoção de veículos elétricos. MIT Sloan https://mitsloan.mit.edu/ideas-made-to-matter/real-barriers-to-electric-vehicle-adoption.
7. Feng, X., Ren, D., He, X. & Ouyang, M. Mitigar fuga térmica de baterias de lítio-íon. Joule 4, 743 – 770 (2020).
8. Chen, D., Jiang, J., Kim, G.-H., Yang, C. & Pesaran, A. Comparação de diferentes métodos de resfriamento para células de bateria de íon de lítio. Engenharia Térmica Aplicada 94, 846 – 854 (2016).
9. Projeto de Sistemas de Resfriamento de Líquido Direto e Indireto para Baterias de Íons de Lítio de Alta Capacidade e Alta Potência em JSTOR. https://www.jstor.org/stable/26169002.

Este artigo de Merit Sensor foi publicado em https://www-azom-com