Fuga térmica: batería y protección de la batería

Existen grandes desafíos en la fabricación de baterías y baterías recargables para la electromovilidad. Un gran tema en la protección de baterías y baterías recargables de la fuga térmica.

La fuga térmica describe el sobrecalentamiento de una reacción química exotérmica o de un aparato técnico debido a un proceso de producción de calor que se autorrefuerza. Una fuga a menudo provoca un incendio o una explosión y, como resultado, hace que el equipo se destruya por sobrepresión (explosión).

¿Qué es la fuga térmica en las baterías?

La fuga térmica es un fenómeno dinámico. Una batería EV que experimenta un desbordamiento térmico puede reaccionar de varias maneras, como: B. con un chorro de llama saliendo de la batería. En combinación con la llama, la batería emite partículas que pueden erosionar la carcasa protectora. Estos gases ardientes acumulan presión dentro de la carcasa. Por lo tanto, es importante probar la carcasa para evaluar cómo responderá el material a la combinación de alta temperatura, presión y partículas de batería expulsadas.

Si se produce un cortocircuito local en los electrodos internos de una batería de iones de litio con electrolito líquido, sólido o ligado (batería de polímero de litio), por ejemplo debido a la contaminación del separador por una partícula extraña encerrada o daño mecánico, el cortocircuito -la corriente del circuito puede fluir a través de la resistencia interna puede calentar las inmediaciones del área dañada hasta tal punto que las áreas circundantes también se ven afectadas. Este proceso expande y libera rápidamente la energía almacenada en el acumulador. Los acumuladores de dióxido de cobalto-litio están particularmente en riesgo. Tales fugas térmicas fueron consideradas responsables de los incendios en las baterías de las computadoras portátiles que ocurrieron con mayor frecuencia en el pasado. Los factores desencadenantes probablemente fueron errores de fabricación en relación con las fluctuaciones en la temperatura de funcionamiento.

¿Cómo se produce la fuga térmica en una batería de iones de litio?

Varios factores pueden causar fugas térmicas en una batería de iones de litio:

• cortocircuito interno: debido a un accidente o un efecto mecánico similar, p. B. si una herramienta cae desde una gran altura, la batería se deforma, entra material en la celda de la batería y provoca un cortocircuito interno.
• Cortocircuito externo: La deformación de la celda de la batería provoca un cortocircuito externo.
• Sobrecargar la batería más allá del voltaje máximo especificado en la hoja de datos, p. B. para aumentar la autonomía de un coche eléctrico. Dependiendo del grado de sobrecarga, la batería puede dañarse permanentemente y la vida útil de la batería disminuirá.
• Corrientes excesivas al cargar o descargar la batería, p. B. cuando se carga rápidamente.

¿Qué se puede hacer con la fuga térmica?

Enfriamiento

Se deben implementar sistemas de refrigeración líquida, ventiladores, placas térmicas y almohadillas térmicas para enfriar la batería o eliminar el calor de un punto de acceso.

Para disipar el calor de manera efectiva, se recomienda una lámina termoconductora. Las láminas de grafito delgadas (de 1950 µm a 10 µm) ofrecen una conductividad térmica particularmente alta (hasta 500 W/mK).

formación de barreras

Las láminas rígidas de mica y los laminados de mica se pueden usar para crear barreras entre las celdas de las baterías y los acumuladores, aislando el sistema del resto del vehículo. En caso de que se produzca una fuga térmica, las barreras pueden ayudar a ralentizar el proceso, dando a los usuarios más tiempo para ponerse a salvo.

También se puede formar una barrera con 3M™ Flame Barrier FRB. 3M™ Flame Barrier FRB se procesa bien en piezas estampadas y tiene varias aprobaciones.

Una fuga térmica no se puede prevenir o detener por completo una vez que el proceso ha comenzado, pero implementar la solución de aislamiento adecuada puede ayudar a ganar más tiempo para los ocupantes, lo que potencialmente puede salvar vidas.

Usar membranas

El uso de membranas para reducir la presión en baterías y acumuladores también ha demostrado su eficacia.