Thermistoren fördern die Entwicklung von neuen Energiefahrzeugen und Energiespeicheranwendungen

Thermistoren, als wichtige Temperaturerfassungsgeräte, spielen eine entscheidende Rolle in neuen Energiemobilen und Energiespeichersystemen. Mit der rasanten Entwicklung der neuen Energietechnologie steigt die Nachfrage nach Sicherheit, Stabilität und effizientem Betrieb von Batteriesystemen. Thermistoren, die durch ihre hohe Präzision und schnelle Reaktion charakterisiert sind, überwachen und steuern effektiv Temperaturänderungen innerhalb des Systems und stellen sicher, dass das Batteriepack im optimalen Arbeitsbereich betrieben wird, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert und die Zuverlässigkeit des gesamten Systems verbessert wird. Dieser Artikel wird die Bedeutung von Thermistoren in neuen Energiemobilen und Energiespeicheranwendungen sowie die Produkteigenschaften der von Murata eingeführten Thermistoren untersuchen.

Neue Energiefahrzeuge (NEVs) sind zur treibenden Kraft der aktuellen Automobilindustrie geworden und führen weltweit Produktions- und Verkaufsdynamik an. In China schreitet beispielsweise der Übergang zu grünem und kohlenstoffarmem Wirtschaften stetig voran, und die Struktur der Energieproduktion und -verbrauch wird kontinuierlich optimiert. Das schnelle Wachstum der chinesischen New-Energy-Industrie wird durch anhaltende technologische Innovationen und ein gut entwickeltes Industriesystem angetrieben. Unter diesen hat die Produktion von NEVs ein schnelles Wachstum von Jahr zu Jahr verzeichnet, wobei verwandte Produkte wie Ladestationen und Lithium-Ionen-Autobatterien ebenfalls ein schnelles Wachstum erfahren. Darüber hinaus zeigt die Photovoltaik-Industriekette ein starkes Wachstum, mit signifikanten Zuwächsen in der Produktion von Schlüsselmaterialien wie Polysilizium, monokristallinem Silizium und ultradünnem Glas für Solarenergieanwendungen.   Laut Statistiken wird erwartet, dass die jährliche Gesamtnachfrage nach Lithium-Ionen-Batteriepacks für Elektrofahrzeuge von etwa 600 GWh im Jahr 2023 auf etwa 1.000 GWh im Jahr 2025 und etwa 1.600 GWh bis 2029 steigen wird. China, das den Markt anführt, erhöht schnell seine Batteriefertigungskapazität. Im Jahr 2023 lag die Batteriefertigungskapazität Chinas bei etwa 1.200 GWh, und laut Ankündigungen wird erwartet, dass diese Kapazität bis 2025 über 3.000 GWh und bis 2030 über 4.500 GWh übersteigen wird.   Diese Situation hat mehrere bedeutende Auswirkungen, einschließlich der Möglichkeit niedrigerer Preise für Hersteller aufgrund der erhöhten Batteriekapazität. Bis 2023 war der durchschnittliche Preis von Batteriepaketen bereits um 10-15 % gesunken, und CATL plant, in diesem Jahr Batterien für weniger als 60 $ pro kWh zu verkaufen, mit der Erwartung, dass die Batteriepreise weiter sinken werden. Zusätzlich investieren chinesische Unternehmen wie BYD und CATL stark in Forschung und Entwicklung und bringen neue und verbesserte Produkte auf den Markt, was es neuen Teilnehmern in der Batterieindustrie erschwert einzutreten.

Die Nachfrage nach Thermistoren in Photovoltaik- und Energiespeichersystemen ist ziemlich hoch. Thermistoren sind für die Temperaturmessung und -steuerung in Batteriemanagementsystemen (BMS), Leistungskonvertierungssystemen, Photovoltaik-Optimierern und Photovoltaik-Wechselrichtern unerlässlich. Die Menge der in einem gesamten Energiespeichersystem benötigten Thermistoren hängt vom Umfang der Ausrüstung ab, wobei bis zu 5.000 Einheiten pro 5MWh-Kabine benötigt werden. Andererseits ist auch die Nachfrage nach Thermistoren in Neufahrzeugen (NEVs) erheblich. Ein NEV benötigt typischerweise rund 150 Thermistoren, wobei der Batterieblock der Hauptanwendungspunkt für Thermistoren ist. Die AFE (Analog Front End) Seite reserviert üblicherweise NTC (Negative Temperature Coefficient) Thermistor-Schnittstellen zur Temperaturmessung an den Batteriezellen.   Unter Berücksichtigung der Temperatursensierungsanforderungen für den Schutz der Automobil-BMS-Platine als Beispiel können Thermistoren verwendet werden, um die Temperatur der Shunt-Widerstände zu erfassen. Wenn die Stromerfassung in einem Batteriemodul ein Shunt-Widerstandsverfahren annimmt, wird ein Thermistor benötigt, um die Temperatur des Shunt-Widerstands zu überwachen, um den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Stromerfassung zu korrigieren. Zusätzlich werden Thermistoren verwendet, um die Temperatur der Ausgleichswiderstände zu überwachen. Im passiven Ausgleich leiten die Ausgleichswiderstände überschüssige Energie von der Batterie ab, um die Ladung und Spannung über den Batterie-Modulen oder -Zellen auszugleichen. Darüber hinaus spielt der Thermistor eine sehr kritische Rolle bei der Erkennung der Temperatur der Autobatteriezelle. Sein Zweck ist es, das Auftreten eines thermischen Durchgehens zu erkennen, indem die Temperaturänderungen der Zelle überwacht werden. Er kann auch verwendet werden, um die Batterie-Lebensdauer von SOH und die Batterieleistung von SOC zu berechnen.   In Anwendungen von Energiespeichersystemen (ESS), insbesondere in ESS-Batteriepaketen, wird der Mainstream-Markt eine Kombination aus Flexible Printed Circuits (FPC) oder Flexible Die-Cut Circuits (FDC) mit SMD (Surface-Mount Device) NTC-Thermistoren zur Temperaturmessung nutzen. Die Funktion von NTC-Thermistoren in diesen Systemen ist die Temperaturüberwachung und -kompensation. Auf der BMS-Platine können Thermistoren die Temperatur der ECU, MOSFET, elektrischen Verbindungen und Umgebung überwachen. In den Batteriezellen werden NTC-Thermistoren verwendet, um die Zelltemperatur zu überwachen, um Überhitzung zu vermeiden oder um eine Temperaturkompensation zur Anpassung der Effizienz bereitzustellen. In der Regel werden mehrere NTC-Thermistoren auf der BMS-Platine verwendet, und das Verhältnis von NTC-Thermistoren zu Batteriezellen reicht von 1:1 bis 1:4, wobei 1:2 das häufigste ist. ESS-BMS-Batteriepakete integrieren normalerweise etwa 100 Batteriezellen, sodass in einem ESS-BMS-Batteriepaket etwa 50 NTC-Thermistoren verwendet werden.   In ESS-BMS-Batteriepaketen kann die Verwendung von bedrahteten Thermistoren zusätzlichen strukturellen Support (Kabeltyp) mit hoher Wasserfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit bieten. Im Laufe der Jahre können jedoch die Kunststoffkomponenten der Kabel abbauen und zu Korrosionsstellen werden, und die Stückkosten sowie die Arbeitskosten für die Montage sind relativ hoch. Wenn FPC in Kombination mit SMD-Thermistoren verwendet wird, bietet das Design eine höhere Integration, niedrigere Kosten (sowohl in Bezug auf die Arbeitskosten für die Montage als auch auf den Stückwert der NTC) und einfachere Wartung als der bedrahtete Typ. Es erfordert jedoch zusätzliche FPC-Laminierprozesse und Qualitätskontrollmanagement.   In Anwendungen mit Photovoltaik- und ESS-Produkten wird die Ausrüstung oft in rauen Außenumgebungen platziert, die tagsüber und nachts Temperaturschocks ausgesetzt sind, sowie hohen Konzentrationen von Schwefelwasserstoff (H2S) und Eindringen von Küstensalz. Während Wartung oder Inspektion kann das Öffnen und Schließen der Kabinentüren externe Gase in die Kabine einführen, die potenziell elektronische Geräte korrodieren oder Kondensation aufgrund von Temperaturänderungen verursachen können. Da Produktgarantien typischerweise 5–10 Jahre dauern, mit einer Auslegungslebensdauer von 15–25 Jahren, ist langfristige Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. NTC-Thermistoren, als kritische Temperatursensoren, erfordern entsprechende hohe Zuverlässigkeit. Unter ihnen sind Murata’s NTC-Thermistoren als zuverlässige Lösung auf dem Markt geeignet und weit anerkannt.

Die NCU-Serie der NTC-Thermistoren von Murata ist vom Typ SMD, geeignet für die Temperatursensorik und bietet hohe Zuverlässigkeit. Die NCU-Serie ist die Hauptserie im Thermistor-Portfolio von Murata und fähig zur Temperatursensorik und Temperaturkompensation über einen weiten Temperaturbereich. Dadurch ist sie geeignet für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, wie im Automobilmarkt.   Der NCG-Serie NTC-Thermistor vom Typ SMD wird für die Temperatursensorik (kompatibel mit leitfähigem Klebstoff) eingesetzt. Die NCG-Serie ist ein SMD-Temperatursensor, der für verschiedene Temperaturmess- und Kompensationsanwendungen geeignet ist. Sie ist ebenfalls geeignet für Automobilanwendungen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern. Die NCG-Serie ist auf die Montage mit leitfähigem Klebstoff beschränkt und nicht kompatibel mit Lötmontage.

Muratas PTC-Thermistoren (POSISTOR) sind Elemente, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen wie Temperaturerfassung und Strombegrenzung in Schaltungen. Muratas POSISTOR PTC-Thermistoren bestehen aus keramischen Materialien mit hervorragender Zuverlässigkeit und Leistung und umfassen Produkte, die für unterschiedliche Anwendungen wie Überstromschutz und Überhitzungsschutz konzipiert sind.   Die PRF-Serie PTC-Thermistoren, SMD-Typ, können für die Überhitzungserfassung verwendet werden. Diese SMD-Typ PTC-Thermistoren zur Temperaturerfassung nutzen die Eigenschaft eines starken Anstiegs des Widerstands bei einer bestimmten Temperatur, was sie für die Überhitzungserfassung in FETs, Leistungs-ICs und anderen hitzeerzeugenden Komponenten geeignet macht. Die PRF-Serie nutzt die Eigenschaft der schnellen Änderung des elektrischen Widerstands, wodurch auch in einer einfachen Schaltung mit mehreren Wärmeerzeugungspunkten, die in Reihe mit PTCs verbunden sind, eine genaue Überhitzungserfassung erreicht werden kann. Daher kann die PRF-Serie die Anzahl der IC-Anschlüsse reduzieren und zur Miniaturisierung von Geräten beitragen.   Die PRG-Serie PTC-Thermistoren, SMD-Typ, sind für den Überstromschutz geeignet. Diese SMD-Typ PTC-Thermistoren für den Überstromschutz reagieren schnell auf Überstrombedingungen, wie Kurzschlüsse, beseitigen den Überlastzustand und stellen das Gerät automatisch immer wieder in seinen Ausgangszustand zurück. Mit keramischen Materialien bieten diese Thermistoren hohe Zuverlässigkeit und eine kurze Reaktionszeit vom Auftreten eines Kurzschlussfehlers bis zur Schutzaktion, was einen wartungsfreien Betrieb und verbesserte Sicherheit ermöglicht. Darüber hinaus ermöglichen ihre hohe Spannungsfestigkeit und große Leistungskapazität im Vergleich zu organischen PTCs und Chipwiderständen mit ähnlichen Eigenschaften die Miniaturisierung von Produkten und tragen zur Verkleinerung von Maschinen bei.   Die PRG-Serie kann auch als rückstellbare Sicherung nach der Behebung einer abnormalen Bedingung dienen. Ihr kompaktes Design spart Platz auf der Leiterplatte, und einmal installiert und mit Strom versorgt, behält sie stabile Eigenschaften bei. Aufgrund ihrer hohen Leistungskapazität kann sie als kleiner Strombegrenzungswiderstand verwendet werden und entspricht Sicherheitsstandards wie UL: E137188, VDE und TUV.

Thermistoren spielen eine unverzichtbare Rolle in neuen Energiefahrzeugen und Energiespeicheranwendungen. Sie bieten nicht nur wichtige Temperaturüberwachungs- und Schutzfunktionen für Batteriemanagementsysteme, sondern tragen auch zur Verbesserung der Gesamtsicherheit und Effizienz des Systems bei. Mit dem fortschreitenden technologischen Fortschritt werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Thermistoren weiter verbessert, um die kontinuierliche Entwicklung neuer Energietechnologien stark zu unterstützen. Murata hat eine umfassende Produktlinie von Thermistoren eingeführt, die die unterschiedlichen Sicherheitsbedürfnisse neuer Energiefahrzeuge und Energiespeicheranwendungen erfüllen wird.