Termoelétrica – um novo tipo de arrefecimento e aquecimento para baterias

O controle termoelétrico de temperatura de baterias usando uma bomba de calor termoelétrica integrada em uma placa de bateria oferece uma alternativa interessante para os métodos clássicos de controle de temperatura ligados ao sistema de ar condicionado e com componentes de aquecimento separados. A Engenharia Avançada Corporativa da MAHLE desenvolveu esta inovadora tecnologia ao longo dos últimos três anos e agora a liberou para o desenvolvimento destinado à produção em série.

Para atender ao requisito de longa vida útil, uma bateria de íon-lítio deve ser mantida dentro de uma faixa de temperatura entre 0 oC e 45 oC durante a operação. Sob temperaturas externas altas, o circuito de arrefecimento do motor atinge estes limites, e é por isso que o calor residual da bateria é agora dissipado através do circuito do ar condicionado. No inverno, por outro lado, é preciso um aquecedor de água ou de filme para aquecer a bateria. Mais recentemente, bombas de calor termoelétricas têm sido o foco do controle de temperatura de baterias. As vantagens incluem funcionalidade intrínseca de aquecimento e independência sistêmica do circuito do ar condicionado, menor complexidade e tamanho reduzido do pacote.

A bomba de calor termoelétrica usa o efeito Peltier. Dependendo da direção da corrente elétrica aplicada à mesma, o calor é bombeado de um lado do módulo termoelétrico (TEM) para o lado oposto, de forma que os TEM’s de um lado são aquecidos, ao mesmo tempo em que os do outro lado são resfriados. A placa de bateria termoelétrica (placa de bateria TE) consiste de vários TEM’s conectados às células da bateria através de um dissipador de calor de um lado, e de uma placa de fluído com um circuito refrigerante de baixa temperatura do outro. Com uma eletrônica para controlar a bomba de calor TE, a bateria de íon-lítio é diretamente resfriada e aquecida usando energia elétrica.

Os componentes essenciais para a placa de bateria TE são os TEM’s, que são disponibilizados em todo o mundo por vários fabricantes. Ao mesmo tempo que os materiais base são comparáveis, seus projetos internos variam bastante, e isso afeta sua durabilidade. Para atender às típicas especificações automotivas, portanto, a MAHLE construiu uma instalação de testes TEM. Ela permite que os parâmetros TE de vários módulos sejam caracterizados e testados, ao mesmo tempo em que extensivas séries de testes podem ser realizadas em TEM’s de vários fabricantes, inclusive sob diferentes condições climáticas. Devido à sua independência em relação ao circuito do ar condicionado e à sua funcionalidade integrada de aquecimento, a termoelétrica oferece grandes vantagens em comparação com o clássico controle de temperatura de baterias usando ar, gás ou líquido refrigerante, especialmente para veículos híbridos e veículos. Para fazer uso desta tecnologia, é preciso um entendimento profundo não somente de termodinâmica, mas também dos módulos termoelétricos, seus controles, durabilidade e integração ao trocador de calor. Esta interação é a única forma de apresentar um produto atraente em termos de custo, peso e empacotamento.

  • O arrefecimento termoelétrico de baterias faz uso do assim chamado efeito Peltier.
  • As vantagens incluem funcionalidade intrínseca de aquecimento e independência sistêmica do circuito do ar condicionado, menor complexidade e empacotamento reduzido.