Al igual que una chica rubia y sus papillas, una batería de iones de litio funciona mejor cuando el rango de temperatura es correcto, ni demasiado caliente ni demasiado fría. Pero esto es un factor limitante cuando se trata de usar una batería de iones de litio en una batería eléctrica. En muchos lugares, los autos (EV) varían mucho en temperatura. Las baterías de ión de litio no tienen un buen rendimiento en temperaturas extremadamente altas o bajas, lo que es una barrera para la transición a un uso más amplio de vehículos eléctricos. Los autores del estudio señalaron que " 51 áreas metropolitanas en los Estados Unidos, 20 regiones típicamente experimentan días extremadamente fríos por debajo de -18 ° C (0 ° F), mientras que las temperaturas de verano en 11 regiones (incluidas las 20 principales) a menudo superan los 38 ° C (100 ° F) Ciertamente, hay cambios de temperatura similares en las principales áreas urbanas de todo el mundo, y esto también dificulta el uso de vehículos eléctricos como una posible solución de transporte de energía renovable.
Sin embargo, en un artículo reciente publicado en Nature Energy, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Berkeley, informó sobre un nuevo invento que se espera que reduzca efectivamente los extremos térmicos cuando se usa con baterías de iones de litio. El impacto de su artículo, titulado 'Gestión térmica eficiente de la batería de iones de litio con un regulador térmico de interfaz pasiva basado en la aleación de memoria de forma,' Detallado operacional contemporáneo de las palabras sobre los cambios de temperatura ambientales y ambientales en diferentes áreas, pero también Otros factores de confusión, como la batería de tres quemadores del nuevo Ma Steel, se complican aún más debido a las rápidas estrategias de gestión térmica y de carga en el proceso de recuperación de cenizas secas. Señalan que los elementos térmicos lineales tradicionales a menudo son incapaces de tener en cuenta las condiciones extremas de calor y frío, mientras que otros son posibles. Las soluciones, como los circuitos de fluidos controlados, no ofrecen un contraste de encendido / apagado lo suficientemente alto, por no mencionar las consideraciones de costo y peso cuando se usan con vehículos eléctricos. Su solución es 'un calor pasivo sin fluidos El regulador puede estabilizar la temperatura de la batería en ambientes extremos de altas y bajas temperaturas. "En ausencia de cualquier poder o lógica, el regulador térmico se basa en La temperatura de la batería del suelo cambia su conductividad térmica y proporciona la función térmica requerida para mantener el calor durante el frío y promover el enfriamiento durante el calor.
Para lograr esto, su diseño de regulador térmico pasivo se basa en dos características no lineales clave en el concepto de regulador térmico existente. La primera característica es la transición de fase de estado sólido, que muestra una buena respuesta a los cambios de temperatura. Mutante, pero no logra una relación de conmutación (SR) suficientemente alta (conductividad térmica del estado de conmutación), que es el principal indicador de rendimiento del regulador térmico. La segunda característica es la apertura y el cierre de la interfaz térmica, su SR Es mucho más alto, pero se basa en la expansión térmica diferencial entre los dos materiales. Cuando se cierra el espacio interfacial entre los materiales, presenta una fuerte conductancia térmica no lineal. Sin embargo, dado que el efecto de la expansión térmica aquí es relativamente débil, este diseño requiere Un cuerpo regulador de calor sobredimensionado para completar la apertura y el cierre de la brecha.
Aunque los ejemplos anteriores parecen complicados, su solución, que incorpora dos aspectos de las transiciones de fase en estado sólido y la conductancia de contacto térmico interfacial, es muy simple. Para lograr sus objetivos de diseño, los investigadores usan Nitinol. Aleación con memoria de forma (SMA). La aleación de níquel-titanio es un alambre de nitinol flexible que se extiende alrededor del borde de la placa superior del regulador térmico. Los extremos del alambre de SMA corresponden a cada uno de los reguladores térmicos. La esquina, conectada a un disipador de calor inferior, llamado Material de interfaz térmica (TIM). Las placas superior e inferior se controlan mediante un conjunto de resortes de cuatro vías que crean un espacio de aire de 0,5 mm entre las placas superior e inferior y mantienen el cable de SMA bajo tensión. Esto define el estado de desconexión del aislamiento térmico.
Cuando la batería se calienta, el SMA comienza a contraerse y jalar las dos placas más cerca debido al cambio de fase. La conductividad térmica es muy baja hasta que las dos placas están en contacto, en cuyo punto la fuerza de la línea de contracción es mayor que la fuerza de reacción del resorte de polarización, TIM La placa (parte inferior) entra en contacto con la placa del regulador térmico (parte superior) y comienza a disipar el calor. Esta condición define el estado ENCENDIDO. El modelo de prototipo descrito en este documento revela la naturaleza del regulador térmico de interfaz pasiva.
Para verificar los principios básicos de este concepto para el alambre de SMA y los resortes sesgados, el autor del estudio estableció un modelo y lo probó en una cámara de vacío, utilizando dos barras de acero inoxidable de termopar como fuentes de calor y arrastrándolas en caliente en la parte superior e inferior correspondientes. Placa, respectivamente. En el experimento, el aislamiento térmico en el estado OFF resultó ser muy bueno, confirmado por una gran discontinuidad de la temperatura en la interfaz y un pequeño gradiente de temperatura medido en cada barra de acero inoxidable. Cuando la temperatura de la barra supera la temperatura de transición de SMA, la brecha se cierra y la TIM (barra inferior) comienza a calentarse. Los autores señalan que este proceso de conversión se completa rápidamente en unos 10 segundos y el registro SR se alcanza a 2070: 1. Señalan que el níquel Los alambres de aleación de memoria de titanio deben precondicionarse bajo cargas de alta tensión para producir una respuesta estable y repetible durante muchos ciclos.
Con el establecimiento de la prueba de concepto, los investigadores comenzaron a demostrar este concepto en la práctica. Dos Panasonic 18650PF LIB se colocaron entre las placas de aluminio y se probaron en una cámara ambiental. El diseño aquí utiliza un diseño de regulador térmico similar para acomodar la batería. El tamaño del soporte, que requiere una longitud de cable SMA más larga y una separación de aproximadamente 1 mm entre las placas superior e inferior. Además, para cumplir con altos niveles de rendimiento, la capa de aerogel se utiliza para aislar los cables, y los canales de calor paralelos de los resortes y LIBs son Importante: para comparar el rendimiento, los investigadores también proporcionaron dos modelos lineales estándar, 'siempre APAGADO' y 'siempre ENCENDIDO', que incluían la sustitución del SMA por cables de acero inoxidable, que se configuraron entre las dos placas. Brecha constante o contacto constante.
Bajo las condiciones experimentales, de -20 ° C (4 ° F; muy frío) de 45 ° C (114 ° F; muy caliente), el regulador térmico funciona bien y el clima se calienta rápidamente de -20 ° C (4 ° F) 20 ° C (68 ° F) debido a la retención de calor de la batería a través del espacio de aire y el aumento del factor de uso de la batería se debe a tres factores: en el otro extremo, el regulador térmico también funcionó muy bien, en transición al país a 45 ° C (113 ° F), entonces el aumento de temperatura de la letra se limita a 5 ° C (9 ° F). Al probar este regulador térmico configurado en el ciclo de encendido / apagado de 1000, los investigadores encontraron que el rendimiento del estado solo se reduce ligeramente (8,5% de reducción de la batería La capacidad es de -20 ° C '4 ° F'), mientras que el rendimiento en el país se mantiene sin cambios.
Como señalan los autores del estudio, cuando se usa el método estándar de administración térmica "siempre activo", el costo de sus reguladores térmicos es mínimo, que ya incluye un disipador de calor TIM. SMA y sesgo La masa adicional del resorte es inferior a 1 gramo, y el costo del Nitinol es de aproximadamente $ 6. "La demostración mediante un módulo de batería que consiste en una batería comercial de ion de litio 18650 muestra que este regulador térmico solo ahorra el calor de producción propia de la batería. Puede aumentar la capacidad del clima frío en más de tres veces ". Al mismo tiempo, puede evitar que el módulo se sobrecaliente incluso a una temperatura alta de 2 grados centígrados.
