Materiais de mudança de fase para lítio

As baterias de íon-lítio tornaram-se cada vez mais populares em veículos elétricos nos últimos anos, mas seu desempenho é muito afetado pela temperatura. Calor ou frio extremos podem resultar em perda significativa de capacidade e representar riscos à segurança. As baterias de íon-lítio de alta densidade energética geram uma quantidade substancial de calor. É crucial dissipá-lo de forma eficaz para garantir a estabilidade da bateria, longevidade e segurança do veículo. A implementação de um sistema de gestão térmica de baterias (BTMS) desempenha um papel vital na consecução destes objetivos. O objetivo principal de um BTMS é regular a temperatura das células da bateria, aumentando assim a vida útil geral do sistema de bateria.

Este artigo de Srinivas Burla, gerente de projetos (bateria e trem de força) da PURE EV, discute os tipos de sistemas de gerenciamento térmico de baterias e as vantagens do uso de materiais de mudança de fase para resfriamento de baterias.

Várias técnicas são utilizadas em um BTMS, incluindo o uso de superfícies estendidas, resfriamento por imersão, placas frias, resfriadores termoelétricos, materiais de mudança de fase e almofadas de silicone e materiais de encapsulamento.O BTMS pode ser categorizado em dois tipos principais:

Métodos ativos: Esses métodos dependem de fontes de energia externas para facilitar sua operação. Incorporam mecanismos integrados para aquecimento e/ou resfriamento.

Métodos Passivos: O BTMS passivo não necessita de nenhuma fonte de alimentação externa para seu funcionamento. Ele usa o ambiente para dissipar o calor. Por não necessitarem de nenhuma fonte de alimentação externa, são os métodos mais procurados na área de desenvolvimento de um sistema de gerenciamento térmico. Esses métodos também têm as vantagens de serem compactos, menos complexos, seguros, econômicos e com ciclos de vida aprimorados.

PCMs ou materiais de mudança de fase podem absorver uma grande quantidade de calor sem mudanças excessivas de temperatura durante a mudança de fase sólido-líquida.Os sistemas passivos de gerenciamento térmico podem controlar a temperatura da bateria uniformemente dentro da temperatura de mudança de fase, mesmo sem consumir energia extra.Os parâmetros a serem considerados ao usar materiais de mudança de fase em uma bateria são os seguintes:

Condutividade térmica:A alta condutividade térmica permite melhor dissipação e distribuição de calor, facilitando a transferência de calor para longe das células da bateria.

Temperatura de fusão: A faixa de temperatura de fusão se alinha com a faixa de temperatura operacional desejada da bateria. Ele absorve o calor da bateria quando esta excede a temperatura de fusão e libera calor quando ela solidifica.

Calor latente: O alto calor latente de fusão é a quantidade de energia absorvida ou liberada durante o processo de mudança de fase. O alto calor latente permite que o PCM absorva ou libere mais energia térmica, controlando assim com eficácia a temperatura da bateria.

Estabilidade do Ciclo: O PCM deve ser estável em vários ciclos de aquecimento e resfriamento para garantir confiabilidade a longo prazo. Deve ser capaz de sofrer repetidas transições de fase sem qualquer degradação significativa ou alterações nas suas propriedades térmicas.

Compatibilidade: O PCM deve ser quimicamente compatível com os componentes e materiais da bateria para evitar reações adversas ou problemas de desempenho. Não deve causar corrosão ou degradação das células da bateria ou de outros componentes.

Densidade:Uma densidade mais elevada armazena mais calor num determinado volume, o que é benéfico em aplicações onde o espaço é limitado.

Os materiais de mudança de fase podem ser categorizados em várias classes e, entre elas, as ceras de parafina são amplamente utilizadas para gerenciamento térmico em eletrônica. Estas ceras possuem diversas propriedades vantajosas, tais como um alto calor de fusão em relação ao seu peso, uma ampla gama de pontos de fusão para escolher, capacidades de ciclagem confiáveis, não corrosividade e inércia química. Eles são compatíveis com a maioria dos metais, o que os torna uma escolha adequada. Outra característica notável é a capacidade de armazenar uma quantidade significativa de calor latente e estão disponíveis em um amplo espectro de temperaturas.