El aumento de la popularidad y la aceptación de los vehículos eléctricos no se puede expresar simplemente con palabras; uno tiene que mirar los datos. La investigación realizada por el Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT) en 2017 determinó que las ventas anuales mundiales de vehículos eléctricos estaban aumentando casi a un ritmo exponencial.¹

A finales de 2020, más de 10 millones de coches eléctricos circulaban por las carreteras de todo el mundo.²

Los vehículos eléctricos son atractivos para los compradores por muchas razones: producen menos emisiones, se pueden operar a costos significativamente más bajos y ofrecen mejores perspectivas a largo plazo en comparación con los automóviles que funcionan con gasolina.^3-5

Sin embargo, uno de los mayores desafíos para lograr que más personas se conviertan a los vehículos eléctricos ha sido durante mucho tiempo el alcance limitado que pueden recorrer con una sola carga.⁶ Sin embargo, este obstáculo se está superando poco a poco.

Las mejoras incrementales en la tecnología de baterías van en aumento, y la autonomía máxima de los vehículos eléctricos se amplía con cada avance, lo que hace que la propiedad de vehículos eléctricos sea una opción más viable para una futura generación de conductores.

La importancia de los sistemas de refrigeración en los vehículos eléctricos

Sin embargo, los intentos de mejorar la capacidad de la batería pueden presentar ciertos desafíos. La pregunta principal está relacionada con el enfriamiento. Las baterías generan calor cuando se cargan y descargan. Por lo tanto, cuanta más energía almacene una batería y más rápido se cargue o descargue, más calor tenderá a generar.

Los vehículos que son completamente eléctricos están equipados con un sistema de enfriamiento que mantiene límites de temperatura particulares en la electrónica de potencia y en los paquetes de baterías del vehículo. La función principal del sistema de refrigeración es garantizar que la temperatura de la batería se mantenga dentro de los límites de funcionamiento seguros.

Si la temperatura del paquete de baterías de iones de litio en cualquier celda dada se calienta demasiado, puede provocar una reacción en cadena conocida como fuga térmica, en la que el paquete completo de baterías experimenta una descomposición exotérmica catastrófica.⁷

La prevención del sobrecalentamiento y la fuga térmica es, por supuesto, fundamental. La mayoría de los sistemas de refrigeración de vehículos eléctricos tienen como objetivo mantener los paquetes de baterías a su temperatura de funcionamiento óptima la mayor parte del tiempo.

Por lo general, esto significa una distribución de temperatura casi uniforme en el rango de 15 a 35 °C.⁸ Si se permite que las temperaturas varíen significativamente en todo el paquete o caigan fuera de este rango particular, entonces los tiempos de carga y la eficiencia pueden verse afectados negativamente, lo que resulta en una reducción de la vida útil de la batería.

Tecnologías de refrigeración para vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos emplean varias tecnologías de refrigeración para gestionar la temperatura de los sistemas de energía: aire, aletas y refrigeración líquida.

El enfriamiento por aletas es un mecanismo de enfriamiento pasivo simple y económico que ha demostrado tener éxito en el mundo de la electrónica.

Efectivamente, la construcción de componentes que consumen mucha energía para presentar aletas y crestas en lugar de caras planas aumenta su área de superficie, lo que mejora la velocidad a la que pueden disipar el calor a su entorno.

Sin embargo, las aletas tienen una aplicación limitada en los vehículos eléctricos, ya que pueden aumentar significativamente el peso de los sistemas de potencia.

El enfriamiento por aire, la circulación de aire relativamente frío a través de la superficie de un objeto caliente, es otra tecnología comparativamente simple, ya que lo enfriará más rápidamente.

La refrigeración por aire suele ser rentable y se ha empleado en algunos modelos de automóviles eléctricos (incluidos los primeros modelos del Nissan Leaf). Sin embargo, este sistema puede consumir relativamente mucha energía, y los automóviles que dependen de la refrigeración por aire pueden tener problemas cuando hace calor.⁸

La refrigeración líquida es la forma más eficiente de controlar la temperatura de las baterías y los sistemas de alimentación de los vehículos eléctricos.

La tubería de refrigerante líquido a través de los sistemas de energía facilita la eliminación efectiva del calor y, si bien es comparativamente costosa y compleja, ofrece un control de temperatura más preciso de los sistemas electrónicos y las baterías en los vehículos eléctricos.

A medida que los fabricantes avanzan hacia la instalación de paquetes de baterías de mayor capacidad en los vehículos eléctricos, también aumentan las demandas que estos sistemas de refrigeración deben poder afrontar.

Los sistemas de refrigeración líquida se están volviendo más cruciales y complejos a medida que aumentan las tasas de carga y la capacidad de la batería.^9,10 Los sistemas de refrigeración líquida de los vehículos eléctricos actuales pueden necesitar la subdivisión del sistema de refrigeración en varios circuitos y el intercambio de calor entre el refrigerante de la batería y el refrigerante del sistema de aire acondicionado.

El papel de los sensores de presión en los sistemas de refrigeración EV

La presión es un parámetro clave en el sistema de refrigeración líquida de un vehículo eléctrico. Los sensores de presión son componentes vitales tanto para la retroalimentación para la regulación y optimización del sistema de enfriamiento como para poder detectar la pérdida de presión que podría sugerir una fuga.

A medida que los sistemas de refrigeración líquida crecen en complejidad, la demanda de sensores de presión precisos y robustos para los sistemas de refrigeración EV es ahora mayor que nunca.

Merit Sensor Systems diseña y fabrica una amplia gama de sensores de presión de alto rendimiento apropiados para aplicaciones EV exigentes. Los sensores de la serie TR se han desarrollado para ofrecer mediciones de presión precisas en medios agresivos como gases, aceites y refrigerantes.

Los sensores de presión de la serie TR incorporan una matriz sellada herméticamente que puede tomar medidas de presión desde la parte posterior, donde el medio solo entra en contacto con el sustrato cerámico, el vidrio y la soldadura eutéctica de oro y estaño.

Los sensores de la serie TR también ofrecen detección de presión precisa, confiable y robusta en aplicaciones complejas de sistemas de fluidos EV mientras están clasificados para temperaturas de -40 °C a 150 °C.

Sensores de la serie TVC han sido optimizados para medir presiones medias a altas en gases refrigerantes hasta 2,000 kPa.

Montar el elemento sensor de troquel de silicio en la parte superior de un puerto de presión de cerámica significa que los sensores TVC tienen la capacidad de medir la presión trasera mientras separan los medios de la electrónica interna, ofreciendo mediciones de presión confiables y sólidas (presión de explosión 5x) durante una vida útil prolongada, incluso en medios duros.

Con un sellado simple y conexiones eléctricas, los sensores de presión de las series TR y TVC han sido diseñados para una integración perfecta en tuberías de sistemas de fluidos complejos y conectores rápidos debido al sellado frontal y radial confiable.

Para descubrir más, comuníquese con Merit Sensor Systems y descubra cómo sus sensores de presión ofrecen una serie de ventajas incomparables en los sistemas EV.

Referencias

1. Lutsey, N. y Nicolás, M. Actualización sobre costos de vehículos eléctricos en los Estados Unidos hasta 2030. (2019).
2. Global EV Outlook 2021 – Análisis. IEA https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021.
3. ¿Qué tan ecológicos son los autos eléctricos? | Medio ambiente | El guardián.
4. Costos de funcionamiento de los vehículos eléctricos: cuánto cuesta comprar y operar un automóvil eléctrico | Energía OVO. 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. ¿Cuánto tiempo antes de que nos quedemos sin combustibles fósiles? Nuestro mundo en datos https://ourworldindata.org/how-long-before-we-run-out-of-fossil-fuels.
6. Las barreras reales para la adopción de vehículos eléctricos. MIT Sloan https://mitsloan.mit.edu/ideas-made-to-matter/real-barriers-to-electric-vehicle-adoption.
7. Feng, X., Ren, D., He, X. y Ouyang, M. Mitigación de la fuga térmica de las baterías de iones de litio. Joule 4, 743 – 770 (2020).
8. Chen, D., Jiang, J., Kim, G.-H., Yang, C. y Pesaran, A. Comparación de diferentes métodos de enfriamiento para celdas de baterías de iones de litio. Ingeniería Térmica Aplicada 94, 846 – 854 (2016).

10. Diseño de sistemas de refrigeración líquida directa e indirecta para paquetes de baterías de iones de litio de alta capacidad y alta potencia en JSTOR. https://www.jstor.org/stable/26169002.

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