Materiales de cambio de fase para Litio

Las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más populares en los vehículos eléctricos en los últimos años, pero su rendimiento se ve muy afectado por la temperatura. El calor o el frío extremos pueden provocar una pérdida significativa de capacidad y plantear riesgos para la seguridad. Las baterías de iones de litio de alta densidad de energía generan una cantidad sustancial de calor. Es fundamental disiparlo de manera efectiva para garantizar la estabilidad, la longevidad y la seguridad del vehículo de la batería. La implementación de un sistema de gestión térmica de baterías (BTMS) juega un papel vital para lograr estos objetivos. El objetivo principal de un BTMS es regular la temperatura de las celdas de la batería, mejorando así la vida útil general del sistema de batería.

Este artículo de Srinivas Burla, director de proyectos (batería y tren motriz) de PURE EV, analiza los tipos de sistemas de gestión térmica de baterías y las ventajas de utilizar materiales de cambio de fase para enfriar la batería.

En un BTMS se utilizan varias técnicas, incluido el uso de superficies extendidas, enfriamiento por inmersión, placas frías, refrigeradores termoeléctricos, materiales de cambio de fase y almohadillas de silicona y materiales de encapsulado.BTMS se puede clasificar en dos tipos principales:

Métodos activos: Estos métodos dependen de fuentes de energía externas para facilitar su funcionamiento. Incorporan mecanismos incorporados de calefacción y/o refrigeración.

Métodos pasivos: Los BTMS pasivos no requieren ninguna fuente de alimentación externa para su funcionamiento. Utiliza el entorno ambiental para disipar el calor. Al no necesitar ninguna fuente de energía externa, son los métodos más buscados en el campo del desarrollo de un sistema de gestión térmica. Estos métodos también tienen las ventajas de ser compactos, menos complejos, seguros, rentables y con ciclos de vida mejorados.

Los PCM o materiales de cambio de fase podrían absorber una gran cantidad de calor sin cambios excesivos de temperatura durante el cambio de fase sólido-líquido.Los sistemas de gestión térmica pasiva pueden controlar la temperatura de la batería de manera uniforme dentro de la temperatura de cambio de fase, incluso sin consumir energía adicional.Los parámetros a considerar al utilizar materiales de cambio de fase en un paquete de baterías son los siguientes:

Conductividad térmica:La alta conductividad térmica permite una mejor disipación y distribución del calor, facilitando la transferencia de calor fuera de las celdas de la batería.

Temperatura de fusión: El rango de temperatura de fusión se alinea con el rango de temperatura de funcionamiento deseado del paquete de baterías. Absorbe calor de la batería cuando supera su temperatura de fusión y libera calor cuando se solidifica.

Calor latente: El alto calor latente de fusión es la cantidad de energía absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase. El alto calor latente permite que el PCM absorba o libere más energía térmica, controlando así de manera efectiva la temperatura del paquete de baterías.

Estabilidad del ciclo: El PCM debe ser estable durante múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento para garantizar la confiabilidad a largo plazo. Debería poder sufrir transiciones de fase repetidas sin ninguna degradación o cambios significativos en sus propiedades térmicas.

Compatibilidad: El PCM debe ser químicamente compatible con los componentes y materiales del paquete de baterías para evitar reacciones adversas o problemas de rendimiento. No debe causar corrosión o degradación de las celdas de la batería u otros componentes.

Densidad:Una mayor densidad almacena más calor en un volumen determinado, lo que resulta beneficioso en aplicaciones donde el espacio es limitado.

Los materiales de cambio de fase se pueden clasificar en varias clases y, entre ellas, las ceras de parafina se utilizan ampliamente para la gestión térmica en electrónica. Estas ceras poseen varias propiedades ventajosas, como un alto calor de fusión en relación con su peso, una amplia gama de puntos de fusión para elegir, capacidades de ciclado confiables, no corrosividad e inercia química. Son compatibles con la mayoría de los metales, lo que los convierte en una opción adecuada. Otra característica notable es su capacidad para almacenar una cantidad significativa de calor latente y están disponibles en un amplio espectro de temperaturas.

Los tipos de PCM incluyen ceras de parafina, compuestos orgánicos sin parafina, sales hidratadas y metálicos..

Fuente: https://www.1-act.com/products/pcm-heat-sinks/pcmselection/

PURE EV utiliza materiales de embalaje avanzados que son fundamentales para evitar escenarios de descontrol térmico para las baterías de iones de litio, que podrían convertirse en eventos catastróficos.

Sobre el Autor:

Srinivas Burla

Nombre de Empresa: PURE EV

Designación: Gerente de Proyecto (Batería y Tren Motriz)

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