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Soluciones eficaces de gestión térmica para baterías de iones de litio de vehículos eléctricos
El rendimiento, la longevidad y la seguridad de las baterías de iones de litio están intrínsecamente ligados a su temperatura de funcionamiento. Un sistema de gestión térmica (TMS) eficaz es esencial para garantizar el rendimiento, la seguridad y la vida útil de estos paquetes de baterías. Su importancia es multifacética:
Garantía de seguridad:Las temperaturas elevadas (normalmente superiores a 60 °C) pueden provocar la fusión del separador interno de la batería, lo que puede provocar un cortocircuito. Esto puede provocar una fuga térmica, un evento catastrófico que puede provocar un incendio o una explosión.
Mantenimiento del rendimiento:Las baterías funcionan con la máxima eficiencia de carga/descarga solo dentro de un rango de temperatura óptimo (generalmente de 20 °C a 40 °C). Las bajas temperaturas aumentan la resistencia interna, lo que provoca una disminución drástica de la potencia y la capacidad. Las altas temperaturas aceleran las reacciones químicas irreversibles, lo que provoca una pérdida permanente de capacidad.
Vida útil prolongada:Las investigaciones indican que por cada 10 °C de aumento en la temperatura de funcionamiento, la tasa de degradación de la batería prácticamente se duplica. La gestión térmica precisa mantiene la batería dentro de su rango ideal, lo que prolonga significativamente su vida útil.
Uniformidad de temperatura:Un gran gradiente de temperatura entre celdas individuales dentro de una batería crea un efecto de sobrecarga, donde algunas celdas se sobrecargan o descargan en exceso, acelerando la pérdida de rendimiento y el envejecimiento de toda la batería. Una gestión térmica superior debe minimizar las diferencias de temperatura entre celdas (idealmente, <5 °C).
Estrategias específicas para diferentes áreas del sistema de baterías
Un paquete de baterías típico se puede dividir en tres niveles críticos de gestión térmica, cada uno de los cuales requiere una estrategia distinta:
Nivel 1: Nivel celular: el enfoque principal es "Absorción y conducción de calor".
Objetivo:Absorben rápidamente el calor generado durante los ciclos de carga y descarga y lo disipan eficientemente. Esto garantiza una temperatura uniforme en toda la celda y evita puntos calientes localizados.
Desafío:Existen espacios entre las células y dentro de los conjuntos celulares. Dado que el aire es un mal conductor térmico, estos espacios deben rellenarse con materiales que creen vías térmicas eficientes.
Estrategia:
Almohadillas térmicas de silicona:
Ubicación:Rellenar espacios más grandes entre celdas (normalmente entre 0,5 mm y 3 mm); entre celdas y placas laterales/extremos.
Ventajas:Ofrecen un excelente equilibrio entre alta conductividad térmica (seleccionable, p. ej., 1,5 W/mK, 2,0 W/mK, 3,0 W/mK), alta compresibilidad (se adapta a tolerancias y absorbe vibraciones) y un aislamiento eléctrico superior. La mejor opción para rellenar huecos grandes y proporcionar soporte estructural.
Valor:Conduce directamente el calor lejos de las células y promueve la uniformidad de la temperatura, evitando puntos calientes.
Materiales de cambio de fase (PCM):
Ubicación:Envuelto alrededor de celdas cilíndricas o relleno entre celdas prismáticas/en bolsa.
Ventajas:Una solución revolucionaria. Durante el funcionamiento normal, los PCM conducen el calor en estado sólido. Cuando la temperatura de la celda alcanza el punto de fusión del PCM (p. ej., 45 °C), este absorbe una cantidad significativa de calor latente al fundirse, lo que suprime eficazmente un aumento rápido de temperatura y proporciona un importante margen de seguridad.
Valor:Permite una gestión térmica "inteligente", ideal para manejar la generación máxima de calor a partir de eventos transitorios de alta potencia (por ejemplo, aceleración rápida), y es un material clave para prevenir el descontrol térmico.
Cintas de doble cara termoconductoras:
Ubicación:Conexión segura de sensores de temperatura, placas de muestreo FPC/PCB y otros componentes pequeños directamente a las superficies de las celdas o barras colectoras.
Ventajas:Proporcionan una fuerte adhesión y conducción térmica, lo que garantiza que los sensores midan con precisión la temperatura real de la celda, evitando imprecisiones causadas por espacios de aire.
Nivel 2: Módulo y Paquete: El enfoque principal es "Transferencia de calor y homogeneización de temperatura".
Objetivo:Transfiere eficazmente el calor recolectado de múltiples celdas dentro de un módulo al sistema de enfriamiento del paquete (por ejemplo, placas de enfriamiento líquido, canales de aire), al mismo tiempo que garantiza el equilibrio de temperatura entre los módulos y en todo el paquete.
Estrategia:
Cintas de silicona térmica:
Ubicación:Envuelto alrededor de células individuales o pequeños módulos.
Ventajas:Proporcionan aislamiento eléctrico básico y protección térmica. Son delgados, flexibles y fáciles de aplicar, lo que los hace ideales para el empaquetamiento inicial, el aislamiento y la homogeneización de temperaturas moderadas de grupos celulares.
Almohadillas térmicas de silicona (revisadas):
Ubicación:Entre la base del módulo y la placa de enfriamiento de líquido; entre el módulo de batería y la carcasa inferior del paquete.
Ventajas:Esta es una de las aplicaciones más críticas. Incluso con superficies mecanizadas con precisión, quedan huecos microscópicos. Las almohadillas térmicas rellenan estos huecos micrométricos, minimizando la resistencia térmica interfacial y maximizando la eficiencia de refrigeración. Seleccionar almohadillas con baja dureza y alta compresibilidad es clave para la conformidad en áreas extensas.
Gel de relleno térmico de huecos o almohadillas de silicona de alta conductividad:
Ubicación:Dispensado o serigrafiado entre celdas/módulos y la placa de enfriamiento en líneas de producción altamente automatizadas.
Ventajas:La aplicación líquida permite rellenar a la perfección cualquier superficie irregular, logrando una resistencia térmica de contacto prácticamente nula. Una vez curado, forma un elastómero resistente y amortiguador. Es ideal para vehículos de alta gama donde la máxima eficiencia térmica es fundamental.
Nivel 3: Adaptación al entorno externo: el enfoque principal es "Disipación y aislamiento térmico máximos".
Objetivo:Disipar el calor acumulado al exterior mediante el sistema de refrigeración. Al mismo tiempo, la carcasa del paquete de baterías requiere propiedades de aislamiento térmico para proteger las celdas internas de condiciones ambientales extremas (p. ej., sol de verano, frío invernal).
Estrategia: Utilice materiales de aislamiento térmico dentro del paquete de baterías para mitigar el impacto de las temperaturas ambientales externas en la temperatura interna del núcleo.
Aplicación ampliada de nuestros materiales (desarrollo potencial):
Mantas de aerogel:
Ubicación:Laminado en la superficie interior de la cubierta superior del paquete de baterías o utilizado como barrera entre módulos.
Ventajas:Representan la tecnología más avanzada en aislamiento. Su estructura nanoporosa bloquea eficazmente la transferencia de calor. En caso de fuga térmica en una sola celda, el aerogel puede retrasar significativamente la propagación del calor a los módulos adyacentes y a la cubierta del paquete, lo que permite ganar tiempo crucial para la seguridad de los ocupantes.
Recomendación:La integración de soluciones de aerogel con nuestra cartera actual de materiales conductores nos permitiría ofrecer un conjunto completo que abarca desde la "Gestión térmica operativa" hasta la "Protección contra fugas térmicas".
Conclusión
Aplicando sistemática y estratégicamente nuestro portafolio de Almohadillas térmicas de silicona, materiales de cambio de fase, cintas térmicas de silicona y cintas termoconductorasPodemos construir un sistema de gestión térmica integral, eficiente y seguro para paquetes de baterías de vehículos eléctricos.
A nivel celular: PCM y Almohadillas térmicasPermiten una eficiente absorción y conducción del calor en la fuente.
A nivel de módulo: Almohadillas térmicas y Rellenadores de huecosOptimizar el contacto de la interfaz con el sistema de refrigeración, maximizando la disipación del calor.
A nivel del sistema: Cintas térmicas y Cintas conductorasAsegurar y aislar los componentes auxiliares.
Contamos con diversas soluciones de gestión térmica para baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Si desea más información, no dude en contactarnos. ¡Le esperamos!