Los termistores impulsan el desarrollo de vehículos de nueva energía y aplicaciones de almacenamiento de energía

Los termistores, como importantes dispositivos de detección de temperatura, desempeñan un papel crucial en los vehículos de nueva energía y los sistemas de almacenamiento de energía. Con el rápido desarrollo de la tecnología de nueva energía, la demanda de seguridad, estabilidad y operación eficiente de los sistemas de baterías está aumentando. Los termistores, con sus características de alta precisión y respuesta rápida, monitorean y controlan eficazmente los cambios de temperatura dentro del sistema, asegurando que el paquete de baterías opere dentro del rango óptimo de trabajo, lo que extiende la vida útil de la batería y mejora la confiabilidad general del sistema. Este artículo explorará la importancia de los termistores en vehículos de nueva energía y aplicaciones de almacenamiento de energía, así como las características de los productos de termistores introducidos por Murata.

Los vehículos de nueva energía (NEV) se han convertido en la fuerza impulsora en la industria automotriz actual, liderando el impulso de producción y ventas a nivel mundial. En China, por ejemplo, la transición verde y baja en carbono está avanzando constantemente, y la estructura de producción y consumo de energía se está optimizando continuamente. El rápido crecimiento de la industria de nueva energía de China está impulsado por la innovación tecnológica continua y un sistema de cadena industrial bien desarrollado. Entre estos, la producción de NEV ha experimentado un rápido crecimiento interanual, y productos relacionados como las estaciones de carga y las baterías de iones de litio para automóviles también están experimentando un rápido crecimiento. Además, la cadena de la industria fotovoltaica está mostrando un fuerte crecimiento, con incrementos significativos en la producción de materiales clave como polisilicio, silicio monocristalino y vidrio ultra claro para aplicaciones de energía solar.   Según las estadísticas, se espera que la demanda total anual de paquetes de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos aumente de alrededor de 600 GWh en 2023 a aproximadamente 1,000 GWh en 2025, y alrededor de 1,600 GWh para 2029. China, que lidera el mercado, está aumentando rápidamente su capacidad de fabricación de baterías. En 2023, la capacidad de producción de baterías de China fue de alrededor de 1,200 GWh, y según anuncios, se espera que esta capacidad supere los 3,000 GWh en 2025 y más de 4,500 GWh en 2030.   Esta situación tiene varios impactos significativos, incluida la posibilidad de precios más bajos para los fabricantes debido al aumento de la capacidad de baterías. Para 2023, el precio promedio de los paquetes de baterías ya había disminuido en un 10-15%, y CATL planea vender baterías a menos de $60 por kWh este año, con expectativas de que los precios de las baterías continúen disminuyendo. Además, empresas chinas como BYD y CATL están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo y lanzando productos nuevos y mejorados, lo que hace más desafiante para los nuevos entrantes en la industria de baterías.

La demanda de termistores en sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento de energía es bastante alta. Los termistores son esenciales para la detección y control de temperatura en sistemas de gestión de baterías (BMS), sistemas de conversión de energía, optimizadores fotovoltaicos e inversores fotovoltaicos. La cantidad de termistores necesarios en todo el sistema de almacenamiento de energía depende de la escala del equipo, con hasta 5,000 unidades necesarias por cabina de 5 MWh. Por otro lado, la demanda de termistores en vehículos de nueva energía (NEV) también es significativa. Un NEV típicamente requiere alrededor de 150 termistores, siendo el paquete de baterías el punto principal de aplicación para los termistores. El lado AFE (Analog Front End) generalmente reserva interfaces de termistor NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) para la medición de temperatura en las celdas de la batería.   Tomando como ejemplo los requisitos de detección de temperatura para la protección del CI de la placa BMS automotriz, los termistores se pueden utilizar para detectar la temperatura de las resistencias de derivación. Cuando la detección de corriente en un módulo de batería adopta un esquema de resistencia de derivación, se necesita un termistor para monitorear la temperatura de la resistencia de derivación para corregir el impacto de la temperatura ambiente en la detección de corriente. Además, los termistores se utilizan para monitorear la temperatura de las resistencias de balanceo. En el balanceo pasivo, las resistencias de balanceo disipan el exceso de energía de la batería para equilibrar la carga y el voltaje a través de módulos o celdas de batería. Además, el termistor juega un papel muy crítico en la detección de la temperatura de la celda de la batería del automóvil. Su propósito es detectar la ocurrencia de fuga térmica monitoreando los cambios de temperatura de la celda. También se puede utilizar para calcular la vida útil de la batería SOH y la energía de la batería SOC.   En aplicaciones de sistemas de almacenamiento de energía (ESS), particularmente en paquetes de baterías ESS, el mercado principal utilizará una combinación de circuitos impresos flexibles (FPC) o circuitos flexibles troquelados (FDC) con termistores NTC (Dispositivo de Montaje en Superficie) para medir la temperatura. La función de los termistores NTC en estos sistemas es la monitorización y compensación de temperatura. En la placa BMS, los termistores pueden monitorear la temperatura de la ECU, MOSFET, conexiones eléctricas y el entorno ambiente. En las celdas de batería, los termistores NTC se utilizan para monitorear la temperatura de la celda para evitar el sobrecalentamiento o proporcionar una compensación de temperatura para ajustar la eficiencia. Típicamente, se utilizan varios termistores NTC en la placa BMS, y la proporción de termistores NTC a celdas de batería varía de 1:1 a 1:4, siendo 1:2 la más común. Los paquetes de baterías ESS BMS generalmente integran alrededor de 100 celdas de batería, por lo que se utilizan aproximadamente 50 termistores NTC en un paquete de baterías ESS BMS.   En los paquetes de baterías ESS BMS, el uso de termistores con cableado puede ofrecer soporte estructural adicional (tipo cable) con alta resistencia al agua y vibraciones. Sin embargo, después de años de uso, los componentes plásticos de los cables pueden degradarse, convirtiéndose en puntos de corrosión, y el costo unitario y el costo de mano de obra de ensamblaje son relativamente altos. Si se usa FPC combinado con termistores tipo SMD, el diseño ofrece mayor integración, costos más bajos (tanto en términos de mano de obra de ensamblaje como del valor unitario del NTC) y mantenimiento más fácil que el tipo con cableado. Sin embargo, requiere procesos adicionales de laminado de FPC y gestión de control de calidad.   En aplicaciones de productos fotovoltaicos y ESS, el equipo se coloca a menudo en entornos exteriores hostiles, sometido a choques de temperatura día-noche y expuesto a altas concentraciones de sulfuro de hidrógeno (H2S) e invasión de sal costera. Durante el mantenimiento o inspección, abrir y cerrar las puertas de la cabina puede introducir gases externos en la cabina, potencialmente corrompiendo dispositivos electrónicos o causando condensación debido a los cambios de temperatura. Dado que las garantías de productos típicamente duran 5-10 años, con una vida útil de diseño de 15-25 años, la confiabilidad a largo plazo es esencial. Los termistores NTC, como dispositivos críticos de detección de temperatura, requieren una alta confiabilidad correspondiente. Entre ellos, los termistores NTC de Murata son adecuados y ampliamente reconocidos en el mercado como una solución confiable.

Los termistores NTC de la serie NCU de Murata son de tipo SMD, adecuados para la detección de temperatura, y ofrecen alta fiabilidad. La serie NCU es la principal de la línea de termistores de Murata, capaz de realizar funciones de detección y compensación de temperatura en un amplio rango de temperaturas, lo que la hace adecuada para aplicaciones con requisitos de alta fiabilidad, como en el mercado automotriz.   El termistor NTC tipo SMD de la serie NCG se utiliza para la detección de temperatura (compatible con adhesivo conductor). La serie NCG es un sensor de temperatura tipo SMD adecuado para diversas aplicaciones de detección y compensación de temperatura. También es adecuada para aplicaciones automotrices que requieren alta fiabilidad. La serie NCG está limitada a montaje con adhesivo conductor y no es compatible con montaje con soldadura.

Los termistores de PTC de Murata (POSISTOR) son elementos cuya resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura, lo que permite aplicaciones como la detección de temperatura y la limitación de corriente del circuito. Los termistores de PTC POSISTOR de Murata están hechos de materiales cerámicos con excelente fiabilidad y rendimiento, e incluyen productos diseñados para diferentes aplicaciones, como la protección contra sobrecorriente y la protección contra sobrecalentamiento.   Los termistores de PTC de la serie PRF, tipo SMD, pueden utilizarse para la detección de sobrecalentamiento. Estos termistores de PTC tipo SMD para detección de temperatura aprovechan la característica de un aumento brusco de resistencia a una cierta temperatura, lo que los hace adecuados para la detección de sobrecalentamiento en FETs, ICs de potencia y otros componentes generadores de calor. La serie PRF aprovecha la característica de cambio rápido de impedancia eléctrica, debido al rápido cambio de resistencia, incluso en un circuito simple con múltiples puntos de generación de calor conectados en serie con PTCs, se puede lograr una detección precisa de sobrecalentamiento. Por lo tanto, la serie PRF puede reducir el número de puertos IC y contribuir a la miniaturización de los dispositivos.   Los termistores de PTC de la serie PRG, tipo SMD, son adecuados para la protección contra sobrecarga de corriente. Estos termistores de PTC tipo SMD para protección contra sobrecorriente responden rápidamente a condiciones de sobrecorriente, como cortocircuitos, eliminando la condición de sobrecarga y restaurando automáticamente el dispositivo a su estado inicial, repetidamente. Utilizando materiales cerámicos, estos termistores ofrecen alta fiabilidad, con un tiempo de respuesta corto desde la ocurrencia de una falla de cortocircuito hasta la acción protectora, logrando una operación sin mantenimiento mecánico y mejorando la seguridad. Además, en comparación con PTCs orgánicos y resistencias de chip con características similares, su alta tolerancia de voltaje y gran capacidad de potencia permiten la miniaturización del producto, contribuyendo a la reducción del tamaño de las máquinas.   La serie PRG también puede servir como un fusible reseteable después de resolver una condición anormal. Su diseño compacto ahorra espacio de instalación en el PCB, y una vez instalados y encendidos en el PCB, mantienen características estables. Debido a su alta capacidad de potencia, puede usarse como una pequeña resistencia de limitación de corriente y cumple con estándares de seguridad como UL: E137188, VDE y TUV.

Los termistores desempeñan un papel indispensable en los vehículos de nueva energía y en aplicaciones de almacenamiento de energía. No solo proporcionan funciones críticas de monitoreo y protección de temperatura para los sistemas de gestión de baterías, sino que también contribuyen a mejorar la seguridad y eficiencia general del sistema. A medida que la tecnología sigue avanzando, la precisión y fiabilidad de los termistores mejorarán aún más, proporcionando un fuerte respaldo para el continuo desarrollo de las tecnologías de nueva energía. Murata ha introducido una línea completa de productos de termistores que satisfará las diversas necesidades de seguridad de los vehículos de nueva energía y las aplicaciones de almacenamiento de energía.