Informe de análisis del mercado de sistemas de gestión térmica de baterías para movilidad y electrónica de consumo: tamaño, cuota de mercado y tendencias por aplicaciones (movilidad, electrónica de consumo), por tipo (activo, pasivo, híbrido), por tipo de batería (baterías convencionales, baterías de estado sólido), por tecnología (refrigeración y calefacción por aire, refrigeración y calefacción por líquido, refrigeración y calefacción por refrigerantes, otras tecnologías) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el periodo 2025-2033.

Factores de crecimiento del mercado de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo

Aumento de la demanda de vehículos eléctricos (VE)

Las baterías de iones de litio son las preferidas para el almacenamiento de energía en vehículos eléctricos (VE) debido a sus excelentes especificaciones técnicas. La batería de iones de litio disponible comercialmente tiene una baja tasa de descarga y un ciclo de vida largo, mientras que la densidad de energía limitada de las baterías de iones de litio provoca una baja eficiencia. Por lo tanto, para superar estos problemas se utiliza un sistema de gestión térmica de la batería para mantener la temperatura óptima. Los principales factores que impulsan lademanda de vehículos eléctricosEntre los factores que influyen se incluyen la urbanización, la regulación de la congestión y la contaminación, la creciente disponibilidad de estaciones de carga y la mejora de la autonomía de la tecnología de las baterías.

La modificación de los electrodos de las baterías de iones de litio y el sistema de gestión térmica son esenciales para mejorar el rendimiento de estas baterías en vehículos eléctricos. Para disipar el calor generado durante el funcionamiento del vehículo, el refrigerante del sistema de gestión térmica de la batería entra en contacto directo o indirecto con ella. Estos sistemas son cada vez más necesarios a medida que aumenta el uso de vehículos eléctricos, con el fin de controlar la disipación de calor. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), en 2020 circulaban más de 10 millones de vehículos eléctricos de pasajeros con baterías. El auge en el desarrollo de nuevos modelos y su demanda impulsan el crecimiento de los coches eléctricos y, por consiguiente, el mercado de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo.

Regulaciones gubernamentales cada vez más estrictas

El aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación atmosférica local amenazan el desarrollo, y cada vez hay más pruebas de sus consecuencias adversas para el medio ambiente y la salud. Además, el Banco Asiático de Desarrollo (BAD) apoya el crecimiento sostenible y bajo en carbono en toda la región de Asia-Pacífico con sus nuevas políticas. Según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), el progreso económico exige la reducción de los gases de efecto invernadero derivados del aumento del consumo de energía, el tráfico vehicular y otras actividades asociadas. Por lo tanto, para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el calentamiento global, los gobiernos de diversos países están prohibiendo los combustibles que emiten gases de efecto invernadero y apoyando las tecnologías de energía verde, incluidas las baterías de iones de litio, en su ciclo.

Al mismo tiempo, el sistema de gestión térmica de la batería desempeña un papel esencial en el aumento de la estabilidad y la vida útil de la misma. Las crecientes iniciativas de diversos gobiernos mundiales han dado lugar a regulaciones estrictas, lo que ha provocado un cambio en las preferencias de los clientes, que se decantan por los vehículos eléctricos en lugar de los de combustión interna.

Restricción del mercado

Tecnología de sistema de gestión térmica de baterías costosas

El sistema de gestión térmica de la batería está adquiriendo cada vez más importancia como parte integral del sistema de alimentación, con el fin de lograr un mejor rendimiento, mayor seguridad y una vida útil más prolongada. Dos fuentes principales de generación de calor en una celda de batería son el funcionamiento electroquímico y el movimiento de los electrones en su interior. Debido a la popularidad de la carga rápida y la conducción de alto rendimiento, las pérdidas de calor en la celda aumentan debido a la alta corriente que circula por ella.

El diseño de baterías de alta densidad energética requiere sistemas de refrigeración robustos, que frecuentemente incorporan circuitos de refrigeración líquida con cientos de canales. Por consiguiente, la gestión térmica de una batería de vehículo eléctrico se vuelve crucial. Según los expertos del sector, la complejidad de estos sistemas representa entre un 10 % y un 20 % del coste total de la batería. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de baterías en un vehículo, más eficiente deberá ser el sistema de gestión térmica, lo que incrementa su coste y, en consecuencia, frena el crecimiento del mercado.

Oportunidad de mercado

Aumento de la demanda de baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio se utilizan en casi todo, desde teléfonos móviles y ordenadores portátiles hasta coches eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía en la red. Son sensibles a la temperatura y es muy probable que se degraden en condiciones de frío o calor extremos. Los sistemas de gestión térmica para baterías están diseñados para mantener la temperatura de las baterías dentro del rango ideal de 20 a 55 °C. El precio de las celdas de baterías de iones de litio disminuyó un 97 % entre 1990 y 2020, según el Fondo para la Defensa del Medio Ambiente (EDF), que estima que en 2021. Los avances en la tecnología de baterías no solo han reducido los costes, sino que también han aumentado la densidad energética de las celdas, elevando el precio del paquete de baterías necesario para producir la cantidad de energía requerida. Industrias como la automotriz, la electrónica de consumo, el almacenamiento de energía y otras son impulsoras esenciales de la creciente demanda de baterías de iones de litio.demanda de baterías de iones de litiolo que abre la posibilidad de que la industria se expanda.

Perspectivas regionales

Por regiones, el mercado mundial de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo se divide en América del Norte, Europa, Asia-Pacífico y el resto del mundo.

Asia-Pacífico es el accionista más importante en el mercado global de sistemas de gestión térmica de baterías para movilidad y electrónica de consumo, y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 23,54 % durante el período de pronóstico. China es uno de los mayores fabricantes y consumidores de vehículos eléctricos, teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, tabletas, etc. Según el Centro de Información de Internet de China, China creó una estructura política innovadora para expandir el mercado de vehículos eléctricos del país. Esta estructura incluye programas piloto, subsidios centrales y locales para la compra de vehículos eléctricos, exenciones fiscales, mandatos de producción de vehículos eléctricos, etc. Según el Centro de Información de Internet de China, en 2021, China superó a Estados Unidos como el mayor exportador mundial de dispositivos electrónicos de consumo, incluidos ordenadores, teléfonos móviles y cámaras digitales, las principales industrias de uso final para los sistemas de gestión térmica de baterías.

Se estima que Europa crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 22,21 % durante el período de pronóstico. La región comprende varias economías desarrolladas, como Alemania, Francia, Italia, España y el resto de Europa. Estos países cuentan con diversas industrias, incluyendo la automotriz, la electrónica de consumo, los equipos médicos, las telecomunicaciones y otras. Además, la importante demanda de productos para sistemas de gestión térmica de baterías en la región proviene de los vehículos eléctricos, la electrónica de consumo y los sistemas de almacenamiento de energía. El Consejo Internacional para el Transporte Limpio (ICCT) indica que la participación de los vehículos eléctricos de batería en el mercado automotriz de la región creció más del 6 % en 2020 y más del 9 % entre enero y noviembre de 2021. La necesidad de baterías de iones de litio está aumentando debido a las estrictas normas europeas sobre emisiones de automóviles, lo que también impulsa la expansión del mercado de sistemas de gestión térmica de baterías para la electrónica de consumo y la movilidad en la región.

Tendencias del mercado en Norteamérica

La región de Norteamérica comprende países como Estados Unidos, Canadá y México. El notable crecimiento de la región se observa en el auge de industrias de usuarios finales como los vehículos eléctricos, los teléfonos inteligentes, las computadoras portátiles y otras. La creciente demanda de vehículos eléctricos impulsa la adopción de sistemas de gestión térmica de baterías debido a las cero emisiones, la creciente necesidad de una alta eficiencia de combustible y la disminución del costo de las baterías. La bajada de precios, la mayor velocidad de carga y la mayor autonomía incrementan la demanda de sistemas eficientes de gestión térmica de baterías. La presencia de empresas líderes en cada etapa de la cadena de suministro de gestión térmica de baterías ha contribuido al crecimiento del mercado en la región.

Información sobre la aplicación

El mercado global de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo se divide en movilidad y electrónica de consumo.

El segmento de movilidad posee la mayor cuota de mercado y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 22,48 % durante el período de pronóstico. Este segmento se subdivide en vehículos de pasajeros y vehículos comerciales. Anteriormente, los sistemas de propulsión de los vehículos de pasajeros se basaban en motores de combustión interna, pero actualmente se está produciendo una transición hacia vehículos eléctricos con baterías para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Las baterías de iones de litio se utilizan principalmente en vehículos eléctricos de pasajeros, que ofrecen un rendimiento eficiente a una temperatura óptima de entre 20 °C y 40 °C. Estos vehículos eléctricos incorporan un sistema de gestión térmica de la batería para mantener la temperatura óptima y así obtener una alta potencia, una mayor vida útil de la batería y un mejor rendimiento durante un período prolongado.

El sistema de gestión térmica de baterías desarrollado para vehículos comerciales combina refrigeración termoeléctrica, refrigeración por aire forzado y refrigeración líquida. El refrigerante líquido mantiene un contacto directo con la batería y actúa como medio para disipar el calor generado durante su funcionamiento. El objetivo principal de la gestión térmica de la batería es reducir las variaciones de temperatura. Por ejemplo, el sistema es necesario para mantener la temperatura constante, ya que la homogeneidad de la temperatura dentro del paquete de baterías oscila entre 3 °C y 4 °C en un rango de temperatura de -35 °C a 50 °C.

El segmento de electrónica de consumo se subdivide en teléfonos móviles, portátiles y tabletas, dispositivos vestibles y otros. La gestión térmica es un cuello de botella típico en los smartphones debido al aumento de las funcionalidades integradas y los niveles de disipación de potencia requeridos. Al mismo tiempo, el tamaño de los teléfonos se está miniaturizando y la demanda de velocidad de carga aumenta. El rendimiento de los componentes se degrada si el dispositivo se sobrecalienta debido a la ausencia de un sistema de gestión térmica de la batería. La demanda de carga rápida y gran capacidad de almacenamiento de energía para portátiles y tabletas está en aumento.

Las baterías de iones de litio generan un calor significativamente mayor durante la descarga que durante la carga. Por lo tanto, por motivos de seguridad, las celdas cilíndricas de iones de litio suelen estar equipadas con dispositivos de interrupción de corriente, separadores de apagado y mecanismos de ventilación para proteger los dispositivos. Estos dispositivos solo son efectivos después de que se inicia el sobrecalentamiento en las baterías de iones de litio. Los dispositivos electrónicos de consumo portátiles pueden incluir marcapasos, neuroprótesis, anillos inteligentes, insignias inteligentes, relojes inteligentes, gafas inteligentes, joyería inteligente, calzado inteligente, ropa inteligente, entre otros. Otros productos electrónicos de consumo que incluyen sistemas de gestión térmica de baterías son altavoces portátiles pequeños, cámaras, dispositivos de realidad virtual y realidad aumentada, pequeños dispositivos de aseo personal con batería de respaldo, entre otros.

Tipos de información

El mercado global de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo se divide en sistemas activos, pasivos e híbridos.

El segmento de baterías activas es el que más contribuye al mercado y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,29 % durante el período de pronóstico. Los sistemas de gestión térmica de baterías activas consisten en fluidos en movimiento dentro de su sistema de refrigeración y realizan la refrigeración mediante operaciones de refrigeración directa o por inmersión. El sistema de gestión térmica de baterías activas ofrece ventajas como un diseño simple, bajo costo, tecnología de convección de aire forzado accesible y alta eficiencia. La tecnología avanzada de gestión térmica de baterías activas utiliza operaciones de cambio de fase vapor-líquido para ofrecer un control de temperatura más eficiente. Debido a que proporciona un control de temperatura efectivo y de bajo costo, la demanda de un sistema de gestión térmica de baterías activas está aumentando, y los actores del mercado se están centrando en desarrollar soluciones rentables.

El sistema de gestión térmica pasiva de baterías se define en función de los materiales utilizados; además, se denomina sistema pasivo cuando no hay fluido presente. Estos sistemas se emplean como tecnología alternativa a los sistemas activos para superar sus desventajas operativas, como los altos costos de operación y las fugas de refrigerante líquido, entre otras. Los sistemas pasivos se utilizan principalmente para mantener la temperatura óptima de las celdas de la batería, incluyendo materiales de cambio de fase (PCM) y tubos de calor (HP). Ofrecen importantes ventajas, como bajos costos de operación y alta homogeneidad térmica, y se utilizan principalmente en aplicaciones de electrónica de consumo.

Información sobre los tipos de batería

El mercado global de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo se segmenta en baterías convencionales y baterías de estado sólido.

El segmento de baterías convencionales posee la mayor cuota de mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 22,48 % durante el período de pronóstico. Las baterías convencionales, incluidas las de plomo-ácido, níquel y iones de litio, lideran el mercado de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo. Estas baterías utilizan un electrolito inundado en el proceso de gestión térmica y están disponibles comercialmente a un costo mínimo. Los vehículos eléctricos (VE) y los vehículos eléctricos híbridos (VEH) disponibles actualmente tienen importantes requisitos en cuanto a las tecnologías de baterías para el sistema de propulsión y funcionalidades adicionales, como la asistencia eléctrica, el frenado regenerativo y los sistemas auxiliares eléctricos.

La batería de estado sólido utiliza un electrolito sólido en lugar de una solución electrolítica líquida. Este electrolito sólido también actúa como separador entre el ánodo y el cátodo. El principal problema de las baterías convencionales, incluidas las de iones de litio, radica en la seguridad y la estabilidad, ya que el electrolito conserva su forma incluso después de dañarse. Además, las baterías de iones de litio actuales presentan riesgo de sufrir daños, como hinchazón por variaciones de temperatura o fugas por fuerzas externas, debido al uso de una solución electrolítica líquida. Sin embargo, una batería de estado sólido ofrece mayor estabilidad gracias a un electrolito sólido con una estructura robusta y mayor seguridad, puesto que conserva su forma incluso si se daña.

Perspectivas tecnológicas

El mercado global de sistemas de gestión térmica de baterías para la movilidad y la electrónica de consumo se segmenta en refrigeración y calefacción por aire, refrigeración y calefacción por líquido, refrigeración y calefacción por refrigerante y otras tecnologías.

El segmento de refrigeración y calefacción líquida es el mercado más grande y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 22,30 % durante el período de pronóstico. La refrigeración líquida de contacto directo o dieléctrica puede entrar en contacto directo con las celdas de la batería, como el aceite mineral. El otro tipo de líquido es el de contacto directo o indirecto, que puede entrar en contacto con las celdas de la batería por implicación, como una combinación de agua y etilenglicol. El diseño típico para el líquido de contacto directo es para módulos con menor contenido de aceite mineral. Para el líquido de contacto indirecto, un diseño potencial puede ser una capa alrededor del módulo de la batería, tubos discretos alrededor de cada módulo, colocar los módulos de la batería sobre una placa de refrigeración/calentamiento o unir el módulo de la batería con aspas y placas de refrigeración/calentamiento.

Un sistema de calefacción y refrigeración por refrigerante suele contar con una placa térmica para aplicar calor o frío. El cambio de fase del refrigerante en la placa térmica ofrece altos coeficientes de transferencia de calor y temperaturas de celda homogéneas, ya que, para bajas caídas de presión, la temperatura se mantiene prácticamente constante durante el cambio de fase. Sin embargo, la placa térmica y las tuberías deben soportar la mayor presión del sistema y la condensación de agua, que puede producirse en la placa térmica en condiciones de alta humedad. Además, controlar la disipación de una gran cantidad de calor en un vehículo estacionado solo es posible aumentando el tamaño del radiador, el rendimiento del ventilador o el nivel de temperatura. Asimismo, la tecnología de calefacción y refrigeración por refrigerante ayuda a la circulación del calor y a la protección de los dispositivos en condiciones extremas, lo que impulsará la demanda de aplicaciones relacionadas con baterías durante el período previsto.