Les thermistances renforcent le développement de véhicules électriques et d'applications de stockage d'énergie

Les thermistances, en tant que dispositif de détection de température important, jouent un rôle crucial dans les véhicules à énergie nouvelle et les systèmes de stockage d'énergie. Avec le développement rapide de la technologie des nouvelles énergies, la demande pour la sécurité, la stabilité et le fonctionnement efficace des systèmes de batteries augmente. Les thermistances, avec leurs caractéristiques de haute précision et de réponse rapide, surveillent et contrôlent efficacement les variations de température au sein du système, garantissant que le bloc-batterie fonctionne dans la plage de travail optimale, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie et améliorant la fiabilité globale du système. Cet article explorera l'importance des thermistances dans les applications des véhicules à énergie nouvelle et de stockage d'énergie, ainsi que les caractéristiques des produits de thermistances introduits par Murata.

Les véhicules à énergie nouvelle (NEVs) sont devenus la force motrice de l'industrie automobile actuelle, stimulant la production et les ventes à l'échelle mondiale. En Chine, par exemple, la transition vers une économie verte et à faible émission de carbone progresse régulièrement, et la structure de la production et de la consommation d'énergie est continuellement optimisée. La croissance rapide de l'industrie des énergies nouvelles en Chine est portée par des innovations technologiques continues et un système de chaîne industrielle bien développé. Parmi ceux-ci, la production de NEVs a connu une croissance rapide d'une année sur l'autre, avec des produits connexes tels que les stations de recharge et les batteries lithium-ion pour véhicules automobiles également en forte croissance. De plus, la chaîne de l'industrie photovoltaïque affiche une croissance robuste, avec des augmentations significatives de la production de matériaux clés tels que le polysilicium, le silicium monocristallin et le verre ultra-transparent pour les applications d'énergie solaire.   Selon les statistiques, la demande totale annuelle en packs de batteries lithium-ion pour véhicules électriques devrait augmenter d'environ 600 GWh en 2023 à environ 1 000 GWh en 2025, et à environ 1 600 GWh d'ici 2029. La Chine, qui mène le marché, augmente rapidement sa capacité de fabrication de batteries. En 2023, la capacité de production de batteries en Chine était d'environ 1 200 GWh, et selon les annonces, cette capacité devrait dépasser 3 000 GWh d'ici 2025 et plus de 4 500 GWh d'ici 2030.   Cette situation a plusieurs impacts significatifs, notamment la possibilité de prix plus bas pour les fabricants grâce à l'augmentation de la capacité des batteries. D'ici 2023, le prix moyen des packs de batteries avait déjà diminué de 10 à 15 %, et CATL prévoit de vendre des batteries à moins de 60 $ par kWh cette année, avec des attentes de poursuite de la baisse des prix des batteries. En outre, des entreprises chinoises comme BYD et CATL investissent massivement dans la recherche et le développement et lancent des produits nouveaux et améliorés, rendant l'entrée dans l'industrie des batteries plus difficile pour les nouveaux venus.

La demande de thermistances dans les systèmes photovoltaïques et de stockage d'énergie est assez élevée. Les thermistances sont essentielles pour la détection et le contrôle de la température dans les systèmes de gestion des batteries (BMS), les systèmes de conversion de puissance, les optimiseurs photovoltaïques et les onduleurs photovoltaïques. La quantité de thermistances requise dans l'ensemble du système de stockage d'énergie dépend de l'échelle de l'équipement, avec jusqu'à 5 000 unités nécessaires par cabine de 5MWh. D'autre part, la demande de thermistances dans les véhicules à nouvelles énergies (NEV) est également significative. Un NEV nécessite typiquement environ 150 thermistances, le pack de batteries étant le principal point d'application des thermistances. Le côté AFE (Analog Front End) réserve généralement des interfaces de thermistances NTC (Negative Temperature Coefficient) pour la mesure de la température des cellules de batterie.   En prenant comme exemple les exigences de détection de température pour la protection des circuits intégrés sur la carte BMS automobile, les thermistances peuvent être utilisées pour détecter la température des résistances de mesure. Lorsque la détection de courant dans un module de batterie adopte un schéma de résistance de mesure, une thermistance est nécessaire pour surveiller la température de la résistance de mesure afin de corriger l'impact de la température ambiante sur la détection de courant. De plus, les thermistances sont utilisées pour surveiller la température des résistances d'équilibrage. Dans l'équilibrage passif, les résistances d'équilibrage dissipent l'excès d'énergie de la batterie pour équilibrer la charge et la tension entre les modules ou les cellules de batterie. En outre, la thermistance joue un rôle très critique dans la détection de la température de la cellule de batterie automobile. Son objectif est de détecter l'apparition d'une emballement thermique en surveillant les variations de température de la cellule. Elle peut également être utilisée pour calculer la durée de vie de la batterie (SOH) et la puissance de la batterie (SOC).   Dans les applications de systèmes de stockage d'énergie (ESS), en particulier dans les packs de batteries ESS, le marché principal utilisera une combinaison de circuits imprimés flexibles (FPC) ou de circuits flexibles découpés (FDC) avec des thermistances NTC montées en surface (SMD) pour mesurer la température. La fonction des thermistances NTC dans ces systèmes est la surveillance et la compensation de la température. Sur la carte BMS, les thermistances peuvent surveiller la température de l'ECU, du MOSFET, des connexions électriques et de l'environnement ambiant. Dans les cellules de batterie, les thermistances NTC sont utilisées pour surveiller la température des cellules afin de prévenir la surchauffe ou de fournir une compensation de température pour ajuster l'efficacité. En général, plusieurs thermistances NTC sont utilisées sur la carte BMS, et le ratio des thermistances NTC aux cellules de batterie varie de 1:1 à 1:4, le 1:2 étant le plus fréquent. Les packs de batteries ESS BMS intègrent généralement environ 100 cellules de batterie, donc environ 50 thermistances NTC sont utilisées dans un pack de batteries ESS BMS.   Dans les packs de batteries ESS BMS, l'utilisation de thermistances à fils peut offrir un support structurel supplémentaire (type câble) avec une haute résistance à l'eau et aux vibrations. Cependant, après des années d'utilisation, les composants plastiques des câbles peuvent se dégrader, devenant des points de corrosion, et le coût unitaire ainsi que le coût de main-d'œuvre pour l'assemblage sont relativement élevés. Si des FPC combinés avec des thermistances de type SMD sont utilisés, la conception offre une intégration plus élevée, des coûts plus bas (tant en termes de main-d'œuvre d'assemblage que de valeur unitaire des NTC) et une maintenance plus facile que le type à fils. Cependant, cela nécessite des processus de laminage supplémentaires pour les FPC et une gestion du contrôle de la qualité.   Dans les applications de produits photovoltaïques et ESS, les équipements sont souvent placés dans des environnements extérieurs difficiles, soumis à des chocs de température jour-nuit et exposés à des concentrations élevées de sulfure d'hydrogène (H2S) et à une invasion de sel côtier. Lors de la maintenance ou de l'inspection, l'ouverture et la fermeture des portes des cabines peuvent introduire des gaz externes dans la cabine, potentiellement corrodant les dispositifs électroniques ou provoquant une condensation due aux variations de température. Étant donné que les garanties des produits durent généralement 5 à 10 ans, avec une durée de vie de conception de 15 à 25 ans, la fiabilité à long terme est essentielle. Les thermistances NTC, en tant que dispositifs critiques de détection de température, nécessitent une fiabilité élevée correspondante. Parmi elles, les thermistances NTC de Murata sont adaptées et largement reconnues sur le marché comme une solution fiable.

Les thermistances NTC de la série NCU de Murata sont de type SMD, adaptées à la détection de température et offrent une grande fiabilité. La série NCU constitue la principale gamme de thermistances de Murata, capable de fonctions de détection de température et de compensation de température sur une large plage de températures, ce qui la rend adaptée aux applications nécessitant une haute fiabilité, comme dans le marché automobile.   Les thermistances NTC de la série NCG de type SMD sont utilisées pour la détection de température (compatibles avec la colle conductrice). La série NCG est un capteur de température de type SMD adapté à diverses applications de détection et de compensation de température. Elle convient également aux applications automobiles nécessitant une haute fiabilité. La série NCG est limitée au montage avec colle conductrice et n'est pas compatible avec le montage par soudure.

Les thermistances PTC (POSISTOR) de Murata sont des éléments dont la résistance augmente avec l'élévation de la température, permettant des applications telles que la détection de température et la limitation de courant de circuit. Les thermistances PTC POSISTOR de Murata sont fabriquées à partir de matériaux céramiques offrant une excellente fiabilité et performance, et incluent des produits conçus pour différentes applications telles que la protection contre les surintensités et la protection contre les surchauffes.   Les thermistances PTC de la série PRF, de type SMD, peuvent être utilisées pour la détection des surchauffes. Ces thermistances PTC de type SMD pour la détection de température exploitent la caractéristique d'une augmentation rapide de la résistance à une certaine température, ce qui les rend adaptées à la détection des surchauffes dans les FET, les circuits intégrés de puissance et d'autres composants générant de la chaleur. La série PRF tire parti de la caractéristique d'un changement rapide d'impédance électrique dû à un changement rapide de résistance, permettant une détection précise des surchauffes même dans un circuit simple avec plusieurs points de génération de chaleur connectés en série avec des PTC. Par conséquent, la série PRF peut réduire le nombre de ports des circuits intégrés et contribuer à la miniaturisation des appareils.   Les thermistances PTC de la série PRG, de type SMD, sont adaptées à la protection contre les surintensités. Ces thermistances PTC de type SMD pour la protection contre les surintensités réagissent rapidement aux conditions de surintensité, telles que les courts-circuits, éliminant la condition de surcharge et restaurant automatiquement l'appareil à son état initial, de manière répétée. Utilisant des matériaux céramiques, ces thermistances offrent une grande fiabilité, avec un temps de réponse court entre l'apparition d'une panne de court-circuit et l'action protectrice, permettant un fonctionnement sans maintenance mécanique et une sécurité améliorée. De plus, comparées aux PTC organiques et aux résistances à puce avec des caractéristiques similaires, leur tolérance élevée à la tension et leur grande capacité de puissance permettent une miniaturisation des produits, contribuant à la réduction de la taille des machines.   La série PRG peut également servir de fusible réarmable après la résolution d'une condition anormale. Son design compact économise de l'espace d'installation sur le PCB, et une fois installée et alimentée sur le PCB, elle maintient des caractéristiques stables. En raison de sa grande capacité de puissance, elle peut être utilisée comme une petite résistance limitatrice de courant et est conforme aux normes de sécurité telles que UL : E137188, VDE, et TUV.

Les thermistances jouent un rôle indispensable dans les véhicules à nouvelles énergies et les applications de stockage d'énergie. Elles offrent non seulement des fonctions essentielles de surveillance et de protection de la température pour les systèmes de gestion des batteries, mais elles contribuent également à l'amélioration de la sécurité et de l'efficacité globales du système. À mesure que la technologie continue d'évoluer, la précision et la fiabilité des thermistances s'amélioreront davantage, apportant un soutien solide au développement continu des technologies d'énergie nouvelle. Murata a introduit une gamme complète de produits thermistances qui répondront aux divers besoins de sécurité des véhicules à nouvelles énergies et des applications de stockage d'énergie.