Las baterías de iones de litio (li-ion) son uno de los tipos de baterías recargables más utilizados en el mercado y se pueden encontrar en todo, desde vehículos eléctricos y equipos médicos hasta electrónica de consumo portátil y sistemas de almacenamiento de energía.
A medida que los diseñadores de paquetes de baterías continúan empujando los límites de las baterías de iones de litio al aumentar la densidad y la capacidad de energía, los sistemas de gestión térmica deben continuar evolucionando para mitigar y proteger de manera segura contra el aumento del calor antes de que se acumule para causar fuga térmica.
¿Fuga térmica y por qué es importante?
El calor se produce a través de una reacción química durante los ciclos de carga y descarga de la batería recargable. Este calor es un subproducto necesario para que una batería funcione, pero si no se controla o la batería está mal diseñada, puede acumularse rápidamente en el espacio cerrado de una celda o paquete de batería. Cuando el calor se acumula más rápidamente de lo que se disipa, provoca una reacción en cadena llamada fuga térmica en las baterías de iones de litio. A medida que aumenta el calor, la batería libera más calor a través de una reacción exotérmica, que a su vez aumenta cada vez más la temperatura.
Si no se administra, la fuga térmica puede causar un mal funcionamiento del dispositivo, degradación de la celda de la batería, incendios o incluso explosiones. Prevenir la fuga térmica con un sistema de gestión térmica robusto y un diseño inteligente de la batería es clave para garantizar la seguridad del usuario, garantizar la integridad de la batería y reducir los costos de garantía.
¿Cómo se previene y gestiona la fuga térmica?
Hay tres formas principales Boyd gestiona la fuga térmica.
Thermal Management:The most important consideration with any heat producing component is thermal management. Para proteger las baterías contra la fuga térmica, el calor debe disiparse de los paquetes de baterías más rápidamente de lo que puede construirse, lo cual es único para la capacidad, la aplicación y la geometría de cada batería.
Es importante diseñar baterías con esto en mente, incorporando materiales de interfaz térmica, placas frías líquidas, adhesivos térmicamente conductores, carcasas térmicamente conductoras y cámaras de vapor ultradelgadas para enfriar y proteger las celdas de la batería.
Preventing Thermal Runaway Conditions:Proactively preventing the conditions that allow thermal runaway is another important prevention method. Si bien el litio es un metal altamente eficiente para las baterías, también es altamente reactivo con cualquier tipo de humedad, formando hidróxido de litio. En pequeñas cantidades, el hidróxido de litio puede reducir el rendimiento de la batería y, en grandes cantidades, puede hacer que las baterías se quemen.
Al diseñar una celda o paquete de batería, es fundamental asegurarse de que cualquier hueco o junta donde pueda entrar humedad o residuos de objetos extraños (FOD) esté sellado correctamente. Boyd ofrece muchas soluciones diferentes de juntas, sellado y adhesivos optimizadas para un conjunto de compresión ideal, deflexión de fuerza y otros factores mecánicos para impermeabilizar paquetes de baterías y celdas, sin permitir la entrada de humedad. Las soluciones de juntas de Boyd también gestionan los golpes y las vibraciones, minimizando la degradación de los sellos del paquete de baterías debido a condiciones extremas de la carretera para garantizar que los sellos permanezcan intactos durante toda la vida útil de la batería.
La incorporación de materiales de aislamiento eléctrico en y alrededor de las celdas de la batería (como LectroShield), es importante para evitar cortocircuitos y chispas, que también pueden impulsar el calor y provocar una fuga térmica.
Aislamiento térmico fugitivo:
Si bien las estrategias adecuadas de gestión y prevención térmica pueden ayudar a reducir las posibilidades de que ocurra un evento de fuga térmica, es importante diseñar baterías para evitar la propagación si ocurre un evento catastrófico. La seguridad pública y del conductor es la preocupación número uno en el transporte con medidas de seguridad duplicadas diseñadas en aplicaciones críticas. Mantener aislada la celda de la batería individual o el componente afectado es fundamental como diseño de seguridad de respaldo para contener la fuga térmica si fallan los diseños preventivos o de gestión térmica.
Inicialmente diseñar los paquetes de baterías con esto en mente es la mejor manera de aislar cualquier evento de fuga térmica. La incorporación de barreras contra llamas hechas de materiales ignífugos (como espuma SOLIMIDE o aislantes poliméricos) entre las celdas de la batería puede evitar que el fuego alcance otros componentes térmicamente sensibles en caso de que ocurra un evento de® fuga térmica.
La Boyd diferencia
Boyd tiene alianzas estratégicas con proveedores de materias primas a nivel mundial para adhesivos, espumas, materiales de interfaz térmica (TIM), blindajes, aislantes y muchos otros materiales de ingeniería avanzada. Combinamos estas asociaciones con nuestras amplias capacidades de fabricación y experiencia en diseño para crear apilamientos multicapa de materiales optimizados para prevenir y aislar la fuga térmica para su aplicación de batería.
Nuestros ingenieros tienen décadas de experiencia ofreciendo soporte de diseño, asegurando que los componentes estén diseñados para la fabricación (DFM) y optimizados para el ensamblaje. Esto nos permite combinar diferentes soluciones para inflamabilidad, sellado, juntas, protección contra colisiones y más de múltiples proveedores en un solo producto totalmente integrado, lo que reduce el costo general y los plazos de entrega.
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