Emballement thermique : batterie et protection de la batterie

La fabrication de batteries et de batteries rechargeables pour l'électromobilité pose des défis majeurs. Un grand sujet dans la protection des batteries et des batteries rechargeables contre l'emballement thermique.

L'emballement thermique décrit la surchauffe d'une réaction chimique exothermique ou d'un appareil technique due à un processus de production de chaleur auto-renforçant. Un emballement entraîne souvent un incendie ou une explosion et, par conséquent, provoque la destruction de l'équipement par surpression (éclatement).

Qu'est-ce que l'emballement thermique dans les batteries ?

L'emballement thermique est un phénomène dynamique. Une batterie de VE qui subit un emballement thermique peut réagir de plusieurs façons, telles que : B. avec un jet de flamme sortant de la batterie. En combinaison avec la flamme, la batterie émet des particules qui peuvent éroder le boîtier de protection. Ces gaz brûlants créent une pression à l'intérieur du boîtier. Par conséquent, il est important de tester le boîtier pour évaluer comment le matériau réagira à la combinaison de haute température, de pression et de particules de batterie éjectées.

Si un court-circuit local se produit dans les électrodes internes d'une batterie lithium-ion à électrolyte liquide, solide ou lié (batterie lithium-polymère), par exemple en raison d'une contamination du séparateur par une particule étrangère enfermée ou d'un dommage mécanique, le court-circuit -le courant de circuit peut circuler à travers la résistance interne chauffer le voisinage de la zone endommagée à tel point que les zones environnantes sont également affectées. Ce processus se dilate et libère rapidement l'énergie stockée dans l'accumulateur. Les accumulateurs lithium-dioxyde de cobalt sont particulièrement menacés. Ces emballements thermiques ont été tenus pour responsables des incendies de batteries d'ordinateurs portables qui se sont produits plus fréquemment dans le passé. Les déclencheurs étaient probablement des erreurs de fabrication liées aux fluctuations de la température de fonctionnement.

Comment se produit l'emballement thermique dans une batterie lithium-ion ?

Plusieurs facteurs peuvent provoquer un emballement thermique dans une batterie lithium-ion :

• court-circuit interne : dû à un accident ou à un effet mécanique similaire, par ex. B. si un outil tombe d'une grande hauteur, la batterie est déformée, du matériau pénètre dans la cellule de la batterie et provoque un court-circuit interne.
• Court-circuit externe : La déformation de la cellule de la batterie provoque un court-circuit externe.
• Surcharger la batterie au-delà de la tension maximale spécifiée dans la fiche technique, par ex. B. pour augmenter l'autonomie d'une voiture électrique. Selon le degré de surcharge, la batterie peut être endommagée de façon permanente et sa durée de vie diminuera.
• Courants excessifs lors de la charge ou de la décharge de la batterie, par ex. B. lors de la charge rapide.

Que peut-on faire contre l'emballement thermique ?

Refroidissement

Des systèmes de refroidissement liquide, des ventilateurs, des plaques thermiques et des feuilles thermiques doivent être déployés pour refroidir la batterie ou évacuer la chaleur d'un point chaud.

Afin de dissiper efficacement la chaleur, une feuille thermoconductrice est recommandée. Les feuilles de graphite fines (1950 µm à 10 µm) offrent une conductivité thermique particulièrement élevée (jusqu'à 500 W/mK).

formation de barrière

Des feuilles de mica rigides et des stratifiés de mica peuvent être utilisés pour créer des barrières entre les cellules de batterie dans les batteries et les accumulateurs, isolant le système du reste du véhicule. En cas d'emballement thermique, les barrières peuvent aider à ralentir le processus, donnant aux utilisateurs plus de temps pour se mettre en sécurité.

Une barrière peut également être formée avec 3M™ Flame Barrier FRB. 3M™ Flame Barrier FRB se transforme bien en pièces estampées et possède diverses approbations.

Un emballement thermique ne peut pas être complètement évité ou arrêté une fois le processus lancé, mais la mise en œuvre de la bonne solution d'isolation peut aider à faire gagner du temps aux occupants, ce qui peut potentiellement sauver des vies.

Utiliser des membranes

L'utilisation de membranes pour réduire la pression dans les piles et accumulateurs a également fait ses preuves.