Una nueva plataforma tecnológica mejora el rendimiento y la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos.
Las baterías de litio ofrecen la mayor densidad de potencia en comparación con otras composiciones químicas de baterías. Las baterías de litio pueden almacenar más energía en un paquete más pequeño y liviano que cualquier otro tipo de batería. Como resultado, las baterías a base de litio son el tipo de batería elegido para todo tipo de vehículos eléctricos. Desafortunadamente, las baterías de litio tienen varias desventajas. Pueden sufrir una fuga térmica si se dañan, se someten a cargas muy altas, se sobrecargan o se exponen a altas temperaturas. La fuga térmica puede generar suficiente calor para encender el electrolito y provocar un incendio o una explosión de un paquete de baterías. Tales condiciones pueden dañar gravemente el paquete de baterías y el vehículo eléctrico y potencialmente poner en riesgo a los pasajeros.
Ya está disponible una nueva tecnología que mitiga el riesgo de descontrol térmico de la batería. La última tecnología desarrollada por Littelfuse, la Dispositivo de monitoreo de temperatura distribuido TTape™permite la detección temprana del sobrecalentamiento localizado de las celdas de la batería. La innovadora plataforma contribuye a prolongar la vida útil de la batería y mejorar la seguridad de las instalaciones de baterías. TTape es una tira de cinta con numerosos indicadores de temperatura espaciados muy cerca. A diferencia de un termistor discreto, TTape se adhiere a las celdas de la batería y se adapta a la forma de las celdas, lo que permite un monitoreo de alta densidad de ubicaciones en un paquete de baterías. Los sensores indicadores de temperatura detectan rápidamente un punto caliente en la celda, lo que evita el descontrol térmico de la batería. Con termistores individuales cuyo tamaño limita la cantidad de ubicaciones de detección y evita un espaciado cercano, un punto caliente en la celda de la batería que no esté cerca de la ubicación de un termistor podría aumentar a un nivel peligroso. TTape resuelve el problema de no poder detectar puntos calientes en las celdas de la batería rápidamente.
Este artículo presenta al lector los beneficios del dispositivo de monitoreo de temperatura distribuida TTape y detalla el producto. Además, un circuito de muestra ilustra el uso en un esquema de protección. Los ingenieros de diseño encontrarán en TTape un componente excelente y simplificado para garantizar que las baterías de iones de litio tengan la máxima vida útil y sean seguras para operar.
Descripción de TTape
TTape es una tira delgada y versatile de indicadores de temperatura impresos, espaciados muy cerca entre sí, para lograr una máxima resolución espacial de la monitorización de la temperatura. Su espesor es inferior a 500 µm, lo que le permite adaptarse a cualquier forma de paquete de baterías. La Figura 1 muestra la tira TTape con los indicadores de temperatura impresos (PTI).
Los indicadores de temperatura impresos son pequeños puntos de materials de polímero con coeficiente de temperatura positivo. Los PTI están conectados en serie. Cuando un PTI detecta una temperatura por encima del nivel umbral, su resistencia aumenta en un issue de más de 1000.
La figura 2 proporciona los detalles dimensionales del dispositivo de monitoreo de temperatura distribuida TTape. Los sensores de temperatura se pueden espaciar aproximadamente 10 mm entre sí. El TTape tiene opciones para un ancho angosto de 8 mm o 10 mm y una longitud estándar de 337 mm. Los diseños personalizados pueden tener una longitud de hasta 1 m. Los adhesivos sensibles a la presión unen el TTape a una superficie. El adhesivo permite la unión a superficies de steel, poliamida, PET y poliimida.
Una longitud estándar de cinta de 337 mm incluye diez indicadores térmicos impresos. Los diseños personalizados pueden constar de hasta 50 PTI. Los indicadores térmicos impresos tienen un diámetro máximo de 5 mm con un espaciado estándar de 30 mm. El estrecho espaciado entre los PTI permite una mayor resolución espacial para monitorear la temperatura de todas las celdas del paquete de baterías. Los sensores de temperatura discretos no pueden lograr un monitoreo tan cercano de todas las celdas individuales de la batería. Además, con un grosor de menos de 500 µm, la TTape puede adaptarse a la superficie irregular del paquete de baterías y tener contacto directo con las celdas individuales del paquete de baterías.
El TTape se conecta a un circuito electrónico con una interfaz de almohadilla de soldadura de dos cables. Las figuras 1 y 2 muestran las dos almohadillas de soldadura y la figura 2 outline su función.
El TTape tiene un punto de ajuste de temperatura de disparo de 58 ± 3 °C para la detección temprana de sobrecalentamiento antes de que una celda de batería pueda alcanzar un nivel de temperatura peligroso. Las baterías de iones de litio y otras sustancias químicas pueden cargarse y descargarse a temperaturas inferiores a 60 °C antes de que los circuitos de gestión de baterías típicos entren en acción. El sistema de gestión de baterías interrumpirá la carga o la energía de carga en el paquete de baterías cuando se detecte una temperatura superior a 60 °C. Por lo common, el punto de ajuste de 58 °C tolera las fluctuaciones de temperatura del paquete de baterías que se producen cuando un paquete de baterías está bajo carga o se recarga. Los indicadores térmicos impresos tienen un tiempo de respuesta de menos de un segundo. Si la temperatura de un paquete de baterías supera el umbral nominal de 58 °C durante más de un segundo, el monitor de temperatura TTape responderá.
Para evitar ciclos rápidos de encendido y apagado cerca de la temperatura límite, el materials TTape PTI tiene una característica de histéresis que evita el desgaste de los componentes críticos del sistema y evita las falsas alarmas. Este enfoque de diseño garantiza que el sistema responda solo cuando hay una condición genuina de sobretemperatura, lo que contribuye a la seguridad y durabilidad del paquete de baterías.
Implementación del circuito
TTape funciona en circuitos de nivel TTL 1, 5 V o circuitos lógicos de 3,3 V. La figura 3 muestra una configuración de circuito recomendada para usar con un monitor TTape.yo es una lógica alta cuando los indicadores térmicos impresos TTape detectan una temperatura superior a 58° C y cambian a una resistencia alta. Vyo es un valor lógico bajo cuando la temperatura es inferior a 58° C o si la temperatura ha superado la temperatura umbral y ha caído por debajo de los 42° C. Los indicadores térmicos impresos presentan un efecto de histéresis de aproximadamente 16° C una vez que se supera la temperatura umbral. El lado derecho de la Figura 3 presenta la curva de histéresis del dispositivo TTape.
El circuito lógico es un circuito easy que emplea un valor recomendado de RPAG como 200 KΩ. Vyo Puede proporcionar una señal a un conversor A/D en un microcontrolador. Cuando el TTape no detecta un punto caliente de la batería, el circuito de 5 V eat alrededor de 25 µA para consumir solo 125 µW. El TTape necesita solo una línea de entrada A/D en el microcontrolador para transmitir el estado de temperatura de las celdas de la batería. El microcontrolador puede ser parte del sistema de administración de la batería o ser una interfaz para este.
Comparación con el monitoreo de temperatura por termistor discreto
Con solo 30 mm entre los sensores indicadores térmicos impresos y un formato de cinta adhesiva delgada que se puede adaptar a cualquier superficie, el TTape puede detectar un aumento de temperatura en una celda de batería antes que un sensor discreto, a menos que el aumento de temperatura se produzca justo debajo del sensor discreto. La Figura 4 ilustra esta situación. Si un termistor está a una celda de una celda que se está sobrecalentando, podría tardar más de dos minutos en responder a la condición de alta temperatura. Con PTI en cada celda, la respuesta es inferior a un segundo.
A diferencia de un sensor NTC, la plataforma de monitoreo de temperatura TTape no necesita calibración ya que es esencialmente un dispositivo de dos estados. Además, la electrónica que procesa los sensores TTape no requiere una tabla de calibración de conversión de temperatura.
Como cinta conforme, la TTape ocupa un espacio insignificante en el paquete de baterías. La TTape permite una fácil instalación y el monitoreo de cualquier construcción de paquete de baterías. La Figura 5 muestra un ejemplo de instalación de una tira de monitoreo TTape en un paquete de baterías.
Monitoreo de alta densidad para mayor seguridad
La plataforma de monitoreo de temperatura TTape ofrece a los diseñadores la capacidad única de tener un monitoreo de temperatura altamente compacto en cada grupo de celdas en una batería de EV. El monitoreo de alta densidad minimiza el envejecimiento prematuro al detectar y prevenir puntos calientes de temperatura en celdas individuales o en un grupo de celdas. Esta solución de bajo costo y mínima ocupación de espacio proporciona mayor seguridad y una vida útil prolongada de las celdas de la batería. Además, el dispositivo de monitoreo TTape está calificado según AEC-Q200 para su uso en vehículos automotores.
Para obtener más información sobre la plataforma de monitoreo de temperatura distribuida TTape, incluidos los detalles de instalación y la implementación del circuito, consulte Nota de aplicación del dispositivo de monitoreo de temperatura distribuido TTape™.
Para obtener asistencia técnica, visite el sitio Página de productos TTape y comuníquese con Littelfuse en www.littelfuse.com.