As tendências de design em constante evolução e os padrões da indústria automotiva atual estão influenciando a aparência, a durabilidade e o desempenho dos novos modelos de veículos elétricos — até mesmo no que diz respeito ao design das aberturas de ventilação do conjunto de baterias. Com o aumento da demanda dos consumidores por veículos elétricos (VEs), cresce também a procura por baterias inovadoras que ofereçam mais potência e maior autonomia.
À medida que as baterias se tornam mais sofisticadas, a necessidade de protegê-las das intempéries nunca foi tão grande. Os engenheiros de baterias entendem as aplicações veiculares e, ao combiná-las com a tecnologia de ventilação adequada, estão ajudando a aprimorar o desempenho dos VEs.
A seguir, apresentamos cinco considerações importantes que a Donaldson incorpora ao projetar uma solução para ajudar a maximizar o desempenho da bateria do veículo:
1. Proporcionar equalização de pressão
As mudanças de temperatura e altitude podem causar variações de pressão no interior de um compartimento de carga. As aberturas de ventilação permitem que o ar entre e saia do compartimento, o que ajuda a equalizar a pressão. Quanto maior o fluxo de ar, mais rápida é a equalização e menores os diferenciais de pressão máxima. À medida que a pressão aumenta no sistema de ar-condicionado, o ponto mais vulnerável acaba sendo identificado; por isso, uma saída de ar bem projetada alivia a pressão sobre os componentes sensíveis do veículo e ajuda a manter o fluxo de ar adequado.
Também é preciso levar em conta a taxa de variação da pressão. As variações de pressão são frequentemente causadas por mudanças de temperatura no interior do conjunto de baterias, decorrentes das condições ambientais, do carregamento e da descarga. À medida que a taxa de variação da pressão aumenta, é necessário um maior fluxo de ar.
Para lidar com variações de pressão, é necessário levar em consideração, desde o início do projeto, o tamanho e o número de aberturas de ventilação, o tipo de membrana, as características do fluxo de ar e as condições externas. Implementar o tipo e o número adequados de aberturas de ventilação no pacote de baterias pode ajudar a controlar a pressão interna do pacote em diferentes condições de operação.
2. Engenheiro de proteção contra penetração
Embora os requisitos de fluxo de ar sejam essenciais para controlar os níveis de pressão nas baterias, a proteção contra a entrada de contaminantes também é um fator importante a ser considerado. Um parâmetro fundamental a ser utilizado durante as fases de projeto e teste é o grau de proteção IP (ingress protection), que indica a eficácia da vedação dos invólucros contra corpos estranhos e umidade.
Os contaminantes típicos contra os quais uma válvula de ventilação de bateria deve proteger incluem água (respingos e imersão), óleo, poeira e partículas de areia. As aberturas de ventilação de bateria de dois estágios da Donaldson utilizam um design de corpo exclusivo e a membrana Tetratex™ ePTFE – um meio de filtragem patenteado – para fornecer proteção excepcional ao conjunto de baterias.
À medida que a proteção contra entrada aumenta, o fluxo de ar de desgaseificação de emergência pode ser reduzido, portanto soluções de ventilação adequadas precisam encontrar o equilíbrio ideal entre a proteção contra entrada e o fluxo de ar de desgaseificação.
3. Considere os casos de borda
Os conjuntos de baterias e os invólucros das baterias de VEs são projetados para lidar com casos-limite inesperados, que são eventos que ocorrem em parâmetros operacionais extremos. Embora casos-limite ocorram com pouca frequência, é importante que a solução de ventilação seja otimizada para ajudar a reduzir o risco de danos ao pacote de baterias e mitigar falhas de componentes ou reparos dispendiosos.
A seguir, apresentamos alguns cenários extremos nos quais a Donaldson testa seus produtos:
- Carregamento rápido DC – Este processo de carregamento é significativamente mais rápido do que as estações de carregamento regulares e gera calor e pressão extras na bateria do VE.
- Subidas de montanha – O esporte competitivo de corrida de subida causa uma mudança repentina de altitude e aumenta a pressão e a temperatura na bateria do veículo.
- Atravessar um riacho – Dirigir fora de estrada através de um riacho pode causar um choque térmico na bateria aquecida e provocar uma rápida formação de vácuo devido à água fria.
- Transporte Aéreo–Um veículo transportado por uma aeronave será afetado por mudanças de pressão devido à variação de altitude.
- Impacto de rochas – detritos ou outros objetos duros que atingem a parte inferior de um veículo podem causar um pico de pressão dentro do conjunto da bateria.
O processo de testes da Donaldson inclui uma análise abrangente dos modos de falha e efeitos do projeto. Esta análise examina a gravidade e a frequência de possíveis casos extremos e os acompanha em um plano de validação.
Além disso, a Donaldson colabora com os clientes para compreender quais condições extremas seus veículos podem enfrentar e quais requisitos são necessários para manter o desempenho de direção durante uma situação excepcional e repentina.
4. Mitigar eventos de desgaseificação de emergência
Assim como em casos extremos, a Donaldson projeta as aberturas de ventilação de seus conjuntos de baterias para ajudar a controlar a pressão no interior deles durante situações de desgaseificação de emergência, como um descontrole térmico, que ocorre quando a pressão atinge um nível preocupante e é necessário liberar o gás imediatamente do conjunto.
As soluções de ventilação de dois estágios da Donaldson foram projetadas para ajudar a gerenciar essas situações de emergência. Caso ocorra algum incidente, o segundo estágio se abre totalmente para permitir que os gases em rápida expansão escapem de forma controlada. Esse mecanismo ajuda a evitar danos adicionais às células da bateria ou ao invólucro do pack.
5. Realizar uma validação completa da faixa de temperatura
A Donaldson projeta os respiradouros de suas baterias para funcionar em uma ampla gama de temperaturas de operação. A equipe de engenharia da Donaldson realiza frequentemente testes em uma ampla gama de temperaturas extremas para verificar como suas válvulas de escape se comportam em situações de pressão de ruptura, desgaseificação de emergência, ciclos de pressão, ciclos térmicos, exposição prolongada ao calor, choque térmico e vibração.
Soluções de ventilação em dois estágios
Ventilação em dois estágios ajuda a otimizar o projeto da bateria do VE. A primeira etapa equaliza a pressão, impedindo a entrada de água e contaminantes. A ventilação da segunda fase abre totalmente em resposta ao rápido aumento de pressão e calor, permitindo que os gases em expansão escapem e reduzindo danos adicionais às células restantes. Na maioria dos casos, um único conjunto de ventilação pode desempenhar ambas as funções.
As soluções de ventilação de dois estágios da Donaldson oferecem vedação e proteção, equalização de pressão, ventilação eficaz e mitigação de gases em caso de um evento de fuga térmica.
A Donaldson já forneceu mais de um bilhão de respiradouros que ajudam a proteger contra flutuações de pressão, líquidos e contaminantes nocivos. Desde sistemas de ventilação para baterias automotivas até iluminação externa e aparelhos auditivos, as soluções diferenciadas da Donaldson estão ajudando a atender às necessidades de componentes essenciais e apoiando os processos de fabricação industrial em diversos setores, incluindo o mercado de VEs e híbridos, que está em rápido crescimento.
