El enfriamiento por inmersión podría no ser la solución final para el enfriamiento de baterías

IDTechEx analiza por qué el enfriamiento por inmersión podría no ser la solución final para el enfriamiento de baterías

La gestión térmica de la batería es un componente fundamental para el funcionamiento de los vehículos eléctricos (EV). Las celdas deben mantenerse frías cuando están bajo carga de conducción y carga o mantenerse calientes durante condiciones ambientales frías. Esto permite un funcionamiento más eficiente de las baterías y mejora la seguridad. Esto normalmente se hace a través de una placa de agua fría en la base del paquete de baterías o a través de canales de refrigeración por agua entre las celdas. El enfriamiento por inmersión a menudo se promociona como la tecnología de gestión térmica de próxima generación, pero ciertamente existen barreras para su adopción. Basado en el último informe de investigación de IDTechEx, " Gestión térmica para vehículos eléctricos 2023-2033 ", este artículo analiza los beneficios, los inconvenientes, la adopción actual del mercado y el potencial para el futuro.

Beneficios

Como sugiere el nombre, el enfriamiento por inmersión implica sumergir las celdas de la batería directamente en un fluido dieléctrico. El beneficio inmediato es el contacto térmico superior y la homogeneidad; el fluido entra en contacto con mucho más de la celda directamente de lo que lo haría una placa fría o un canal de refrigerante, lo que ayuda a eliminar un gradiente de temperatura no uniforme. Dependiendo del fluido utilizado, puede actuar para extinguir un incendio en caso de fuga térmica.

No tan obviamente, la inmersión puede llevar a la eliminación de varios componentes, como la placa fría, los materiales de la interfaz térmica, el condensador y el enfriador.

La gestión térmica más efectiva ayuda a permitir una carga rápida, un factor a menudo publicitado para vender un EV.

inconvenientes

La preocupación inicial para la mayoría es el peso de los fluidos. Esto es ciertamente cierto para los productos de hidrofluoroéter pesados ​​que a menudo tienen densidades superiores a 1,5 g/cm 3 . Sin embargo, esto se puede mitigar un poco eliminando otros componentes (como se indicó anteriormente) o el uso de otros tipos de fluidos dieléctricos como ésteres sintéticos u otras mezclas de aceite con una densidad inferior a la del agua (1 g/cm 3 ) . El argumento se complica por la necesidad de suficiente espacio entre las celdas para el flujo de fluidos; esto puede no tener un impacto directo en el peso, pero podría reducir la densidad de energía volumétrica del paquete.

Los fluidos dieléctricos utilizados en esta aplicación suelen tener una conductividad térmica y un calor específico mucho más reducidos que el agua-glicol. Esto significa que puede ser necesario un caudal de fluido más alto; Combine esto con fluidos que a veces son más viscosos que el agua y tienen una compatibilidad química diferente, y esto conduce a un mayor requisito en las bombas de fluido y las mangueras/sellos de refrigerante. Hablando de eso, los módulos de batería típicos no están diseñados para contener fluidos; por lo tanto, los módulos deben rediseñarse para evitar fugas y garantizar que no se produzca corrosión.

¿Quién lo está usando?

La refrigeración por inmersión en los vehículos eléctricos se ha mantenido bastante limitada en los últimos años. La implementación temprana se ha producido en algunos segmentos del mercado, incluidos los híbridos de alto rendimiento como McLaren y los planes para Mercedes AMG en el futuro, vehículos eléctricos de batería de lujo relativamente especializados como Rimac y Faraday Future, y equipos de construcción a través de empresas como XING Mobility y John. Deere. Un factor que comparten estos segmentos es la necesidad de una batería muy densa en energía, pero no necesariamente una muy densa en energía (para híbridos y construcción).
Las aplicaciones anteriores se han centrado en el enfriamiento por inmersión monofásico, pero jugadores como Carrar se están enfocando en dos fases, lo que sugiere que puede proporcionar un rendimiento térmico aún mejor, menores cantidades de fluido y menor presión del sistema. Sin embargo, la inmersión en dos fases ciertamente se encuentra en un estado más bajo de implementación en los vehículos eléctricos en la actualidad.
Ha habido un impulso mucho mayor en el lado del proveedor de materiales, con varias compañías de materiales existentes que producen fluidos para estas aplicaciones y crean asociaciones para desarrollar aún más la tecnología. Esto se ha visto con jugadores como Castrol asociándose con XING Mobility y FUCHS Lubricants asociándose con Exoes. Sin embargo, 3M ha anunciado el cese de la sustancia de perfluoroalquilo y polifluoroalquilo (PFAS) para 2025, incluido su fluido Novec utilizado para aplicaciones de inmersión.

¿Dónde se usará?

El enfriamiento por inmersión sin duda propone beneficios significativos para el mercado de vehículos eléctricos. IDTechEx ve los beneficios inmediatos para las aplicaciones de alta potencia, como los híbridos de alto rendimiento, los deportes de motor y la construcción. Los vehículos de lujo de alto rendimiento no tienen que lidiar con escalas de fabricación de alto volumen y también presentan una buena oportunidad inmediata para la inmersión. Para una mayor adopción en el sector automotriz del mercado masivo, se requeriría una revisión mucho más seria del status quo. Las placas frías de agua y glicol son una tecnología probada que ha demostrado altos poderes de carga. Dadas las escalas de tiempo de desarrollo automotriz, IDTechEx no espera un despliegue de inmersión significativo en el futuro cercano, pero ve una mayor oportunidad más adelante en esta década con un aumento de la demanda de fluidos anual de 9 veces entre 2026 y 2033.
El informe de IDTechEx, " Gestión térmica para vehículos eléctricos 2023-2033 ", profundiza en el enfriamiento por inmersión y analiza los beneficios, los inconvenientes, la adopción actual y la adopción futura con pronósticos de mercado a 10 años. Los fluidos de varios jugadores de materiales se comparan entre sí en términos de rendimiento térmico, propiedades mecánicas y costos. El informe también cubre el panorama de la gestión térmica de los vehículos eléctricos de manera más general, analizando la batería, el motor y la electrónica de potencia y las tendencias asociadas con cada componente.
Para obtener más información sobre este informe de IDTechEx, incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/TMEV .
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