Gestión térmica de baterías de vehículos eléctricos con aislamiento VIP

La importancia de la gestión térmica de la batería en los vehículos eléctricos

Por qué es importante la temperatura de la batería

Los desafíos del aislamiento térmico de las baterías

• Estabilidad térmica: el aislamiento debe ayudar a mantener las baterías dentro de su rango de temperatura óptimo en una amplia gama de condiciones ambientales, desde inviernos helados hasta veranos calurosos.
• Protección contra fuga térmica: en caso de que una celda o módulo falle y entre en fuga térmica, el aislamiento debe ayudar a contener el calor y evitar o retrasar la propagación a celdas y módulos adyacentes.
• Minimización del peso: El peso del vehículo afecta directamente a la autonomía y al rendimiento, por lo que el aislamiento debe ser lo más ligero posible.
• Eficiencia espacial: los paquetes de baterías ya son grandes y pesados, y el espacio para aislamiento adicional es limitado. El aislamiento debe proporcionar el máximo rendimiento en el mínimo espesor.
• Resistencia a vibraciones y golpes: las baterías de los vehículos eléctricos experimentan importantes vibraciones y golpes mecánicos durante la conducción, especialmente en carreteras en mal estado. El aislamiento debe mantener su rendimiento e integridad en estas condiciones.

Cómo los VIP mejoran la gestión térmica de la batería

Rendimiento superior de aislamiento térmico

• Reducción de la ganancia de calor en climas cálidos: en climas cálidos o cuando se estaciona bajo la luz solar directa, el calor del ambiente puede hacer que la temperatura de la batería aumente por encima del rango óptimo. El aislamiento VIP alrededor del paquete de baterías reduce esta ganancia de calor, manteniendo las baterías más frías y reduciendo la necesidad de enfriamiento activo.
• Pérdida de calor reducida en climas fríos: en climas fríos, la batería genera muy poco calor cuando está estacionada y puede enfriarse rápidamente a temperatura ambiente. El aislamiento VIP ralentiza esta pérdida de calor, lo que ayuda a que la batería se mantenga caliente por más tiempo y reduce la energía necesaria para volver a calentarla.
• Uniformidad de temperatura mejorada: al reducir la transferencia de calor a través de las paredes del paquete, el aislamiento VIP ayuda a mantener temperaturas más uniformes en todo el paquete de baterías, lo que reduce las diferencias de temperatura entre celdas y mejora la consistencia del paquete a largo plazo.
• Menor consumo de energía para la gestión térmica: el sistema de gestión térmica activa (refrigeración y calefacción) utiliza energía que de otro modo estaría disponible para la conducción. Al reducir la carga térmica del sistema, el aislamiento VIP reduce la cantidad de energía consumida para la gestión térmica, ampliando efectivamente la autonomía de conducción.
• Preacondicionamiento más rápido: cuando el vehículo está enchufado y precalienta o preenfría la batería antes de un viaje, un mejor aislamiento significa que la batería alcanza la temperatura objetivo más rápido y usa menos energía.

Resistencia a la propagación térmica fuera de control

• Aislamiento entre celdas y entre módulos: los paneles VIP colocados entre celdas o módulos actúan como barreras térmicas, retardando la transferencia de calor de una celda defectuosa a sus vecinas. Este retraso puede darle tiempo al sistema de administración de baterías para responder y puede evitar o retrasar la propagación del paquete completo.
• Resistencia a altas temperaturas: los VIP con núcleos de sílice pirógena o fibra de vidrio pueden soportar temperaturas muy altas (hasta 1000 °C o más para la sílice pirógena) sin perder su integridad estructural ni incendiarse. Esto las convierte en barreras térmicas eficaces incluso en condiciones extremas de fuga térmica.
• Baja conductividad térmica a altas temperaturas: a diferencia de algunos materiales aislantes cuyo rendimiento se degrada a altas temperaturas, los VIP mantienen una conductividad térmica muy baja incluso a temperaturas elevadas, lo que los convierte en barreras confiables en escenarios de incendio.
• Núcleo no combustible: El material del núcleo de los VIP de alta calidad no es combustible, lo que significa que no aporta combustible al fuego. Esto contrasta con los materiales aislantes de espuma, que son combustibles y pueden liberar gases tóxicos cuando se queman.
• Sin liberación de gases tóxicos: en caso de incendio, los VIP con materiales centrales inorgánicos liberan muy poco humo y ningún gas tóxico, lo cual es importante para la seguridad de los pasajeros y de los socorristas.

Aplicaciones VIP en sistemas de baterías para vehículos eléctricos

Aislamiento del gabinete del paquete de baterías

• Reducción de la entrada de calor en condiciones de calor: cuando el vehículo está estacionado al sol o conduciendo en un clima cálido, el aislamiento VIP reduce la cantidad de calor que ingresa al paquete desde el ambiente. Esto mantiene las baterías más frías y reduce la carga en el sistema de refrigeración.
• Reducción de la pérdida de calor en condiciones de frío: en climas fríos, el aislamiento VIP ayuda a retener el calor que genera la batería durante el funcionamiento o el preacondicionamiento, lo que reduce la frecuencia y la duración de los ciclos de calentamiento.
• Autonomía mejorada en temperaturas extremas: al reducir la energía necesaria para calefacción y refrigeración, el aislamiento VIP amplía eficazmente la autonomía de conducción tanto en climas cálidos como fríos. La mejora es más notable en temperaturas extremas, donde la pérdida de alcance suele ser mayor.
• Carga más rápida en climas fríos: debido a que el aislamiento VIP ayuda a la batería a retener el calor, la batería alcanza la temperatura de carga óptima más rápido y puede aceptar una carga a mayor velocidad antes, lo que reduce el tiempo de carga en condiciones de frío.

Aislamiento a nivel de módulo y celda

Integración con sistemas de refrigeración

Consideraciones de diseño e ingeniería

Requisitos mecánicos y ambientales

• Vibraciones y golpes: las baterías de los vehículos eléctricos experimentan vibraciones constantes de la superficie de la carretera, además de cargas de impacto por baches, badenes y otras irregularidades de la carretera. El aislamiento VIP debe montarse de forma segura y debe mantener su integridad bajo estas cargas de vibración y choque.
• Fuerzas de aceleración y desaceleración: durante las aceleraciones, frenadas y curvas bruscas, el paquete de baterías experimenta fuerzas de inercia significativas. El sistema de aislamiento debe diseñarse para resistir estas fuerzas sin desplazarse ni deformarse.
• Cargas de compresión: en algunos diseños, las celdas o módulos de la batería pueden descansar sobre paneles VIP, o los paneles pueden estar comprimidos por el hardware de montaje. Los VIP deben tener suficiente resistencia a la compresión para soportar estas cargas sin aplastarse ni perder rendimiento.
• Expansión y contracción térmica: los paquetes de baterías experimentan cambios de temperatura significativos (de -40 °C a +60 °C o más) y todos los materiales del paquete se expanden y contraen a diferentes velocidades. La instalación VIP debe adaptarse a estos movimientos diferenciales sin dañar los paneles ni comprometer el rendimiento.

Seguridad y cumplimiento normativo

• ONU 38.3: Norma de las Naciones Unidas para el transporte de mercancías peligrosas: se aplica a las baterías de iones de litio e incluye pruebas de altitud, temperatura, vibración, choque, cortocircuito, impacto y sobrecarga.
• GB 38031: Estándar chino para requisitos de seguridad de baterías de vehículos eléctricos; incluye pruebas de estabilidad térmica, abuso mecánico, seguridad eléctrica y condiciones ambientales.
• ISO 12405: Norma internacional para sistemas de baterías de vehículos eléctricos, que cubre pruebas de rendimiento y requisitos de seguridad.
• SAE J2929: Norma para la seguridad del sistema de baterías de vehículos eléctricos, definiendo procesos de análisis de peligros y evaluación de riesgos.
• FMVSS 305: norma federal de EE. UU. para protección contra derrames de electrolitos y descargas eléctricas en vehículos eléctricos.

Soluciones de aislamiento de baterías para vehículos eléctricos de Lange Litong

Nuestra gama de productos para aplicaciones de vehículos eléctricos

• Paneles VIP estándar para aislamiento de gabinetes de paquetes: Paneles planos en varios tamaños y espesores para aislar las cubiertas superiores, placas inferiores y paredes laterales del paquete de baterías. Disponibles con núcleos de sílice pirógena o fibra de vidrio.
• Paneles de barrera térmica entre módulos: paneles VIP más delgados optimizados para su uso entre módulos de batería, que brindan aislamiento térmico y resistencia a la propagación al tiempo que minimizan el impacto en la densidad de energía del paquete.
• Paneles VIP con formas personalizadas: Podemos fabricar paneles VIP en tamaños, formas y grosores personalizados para adaptarse a diseños y geometrías de paquetes de baterías específicos.
• VIP con capas protectoras: Paneles con capas o revestimientos protectores adicionales, como esteras de fibra de vidrio, láminas metálicas o películas de polímero, para una mayor protección mecánica, resistencia química o rendimiento contra incendios.

Perspectivas futuras

El creciente mercado de vehículos eléctricos y la demanda de aislamiento

• Crecientes ventas de vehículos eléctricos: Se prevé que el mercado mundial de vehículos eléctricos crecerá significativamente en la próxima década, y muchos países establecerán objetivos para eliminar gradualmente los vehículos con motor de combustión interna. Este crecimiento impulsará la demanda de todos los componentes de los vehículos eléctricos, incluido el aislamiento de la batería.
• Paquetes de baterías más grandes: el tamaño promedio de los paquetes de baterías está aumentando a medida que los consumidores exigen un mayor alcance, y los paquetes más grandes tienen más superficie que requiere aislamiento.
• Carga más rápida: la carga ultrarrápida (350 kW y más) genera más calor en la batería y impone mayores exigencias al sistema de gestión térmica. Un mejor aislamiento reduce la carga de calor y ayuda a controlar las temperaturas durante la carga rápida.
• Normas de seguridad: Los reguladores de todo el mundo están implementando requisitos de seguridad de baterías más estrictos, incluidas pruebas de propagación térmica desbocada. Las barreras térmicas de alto rendimiento, como las VIP, serán cada vez más importantes para cumplir estos requisitos.

Desarrollos tecnológicos en el horizonte

• VIP flexibles y conformables: Los productos VIP flexibles que se pueden formar alrededor de superficies curvas abrirían nuevas aplicaciones en paquetes de baterías y sistemas de vehículos.
• VIP más delgados y livianos: las mejoras en los materiales del núcleo y la tecnología de vacío permiten paneles más delgados y livianos con el mismo rendimiento, mejorando el peso y la eficiencia del espacio.
• VIP de mayor temperatura: VIP que soportan temperaturas más altas para aplicaciones de seguridad mejorada cerca de las celdas durante el descontrol térmico.
• VIP con sensores integrados: los VIP con sensores de temperatura o presión integrados podrían proporcionar monitoreo del paquete de baterías en tiempo real para la detección temprana de problemas térmicos.