Estudio de sistema de enfriamiento de baterías con herramientas 1D/2D para su aplicación en modelos de vehículo completo

Abstract

[ES] La temperatura de las baterías juega un rol importante para el buen desempeño de los vehículos electrificados (BEV, PHEV y HEV). Un adecuado manejo térmico permite alargar el ciclo de vida y rendimiento de las mismas. El presente trabajo tiene como objetivo la regulación térmica de las baterías tipo ion-litio por medio de un sistema de placas refrigeradoras con mini canales circulares por donde se hace pasar un refrigerante a través de ella. Se realizará el CAD utilizando Solid Works para el diseño del sistema de baterías y placas de refrigeración. Posteriormente, se realizará la transformación a un modelo 2D donde se evaluará la transferencia de calor, perdidas de carga en tuberías entre otros parámetros. Se estudiará la influencia de diferentes geometrías, disposiciones, flujos másicos de líquido refrigerante en los mini canales de las placas de enfriamiento, entre otros parámetros. El software seleccionado es GT-Suite de Gama Technologies ya que permite resolver las reacciones electroquímicas-térmicas de las baterías. Los resultados muestran que para un número igual de mini canales, mismo flujo másico y diferentes diámetros la variación de la temperatura en el módulo es despreciable, sin embargo, la caída de presión se ve disminuida conforme el diámetro crece. Un aumento del caudal del refrigerante reduce la temperatura del sistema placa-baterías a expensas de una caída de presión más elevada y por ende un mayor consumo de potencia para la bomba. Con los datos recolectados se ha llegado a la conclusión que una placa con 10 mini canales y un caudal másico promedio de 2.5 x 10-4 kg. s-1 es ideal para mantener la temperatura de la batería AMP20 dentro de un rango deseable de 25ºC a 40ºC para garantizar el buen desempeño.

[EN] The temperature of the batteries plays an important role in the performance of electrified vehicles (BEVs, PHEVs and HEVs). A proper thermal management allows extending the life cycle and performance of the batteries. The present work aims at the thermal regulation of lithium-ion batteries by means of a system of cooling plates with mini circular channels through which a coolant is passed through it. The CAD will be made using Solid Works for the design of the battery system and cooling plates. Subsequently, the transformation will be made to a 2D model where heat transfer, pressure drops in pipes and other parameters will be evaluated. The influence of different geometries, arrangements, mass flows of coolant in the mini channels of the cooling plates, among other parameters, will be studied. The selected software is GT-Suite from Gama Technologies as it allows to solve the electrochemical-thermal reactions of the batteries. The results show that for an equal number of mini-channels, same mass flow and different diameters the temperature variation in the module is negligible, however, the pressure drop decreases as the diameter increases. An increase in the coolant flow rate reduces the temperature of the plate-batteries system at the expense of a higher pressure drop and therefore a higher power consumption for the pump. With the data collected it has been concluded that a plate with 10 mini-channels and an average mass flow rate of 2.5 x 10-4 kg. s-1 is ideal for maintaining the temperature of the AMP20 battery within a desirable range of 25ºC to 40ºC to ensure good performance.