En el campo de las nuevas energías, la seguridad de los sistemas de baterías de iones de litio es fundamental. Entre ellos, el problema de la fuga térmica es un factor clave que afecta a su seguridad. Para abordar eficazmente los riesgos derivados de la fuga térmica, el diseño de protección térmica y la tecnología de supresión de fugas térmicas se han convertido en líneas de investigación clave, que pueden aplicarse principalmente a nivel de celdas, módulos y el conjunto completo de baterías.
I. Diseño de protección térmica entre celdas
Los diferentes tipos de células tienen diferentes estructuras de protección térmica:
- Baterías cilíndricas: Se adopta una estructura de encapsulado, y las celdas se conectan mediante adhesivo termoconductor PCM. Este método controla eficazmente la conducción térmica entre celdas e inhibe la difusión térmica, garantizando así un funcionamiento estable.
- Baterías Soft Pack: Para la conexión se utilizan espuma de aerogel y placas de mica. La espuma de aerogel ofrece un excelente aislamiento térmico, y las placas de mica bloquean eficazmente la transferencia de calor, logrando así la protección térmica entre las celdas.
- Baterías Prismáticas: El aerogel se combina con un marco de caucho de silicona y una película de PET, y se añaden insertos de aislamiento térmico para formar una estructura de protección térmica. El aerogel proporciona aislamiento térmico, el marco de caucho de silicona proporciona sellado, y la película de PET y los insertos de aislamiento térmico previenen aún más la propagación del calor, mejorando así la estabilidad térmica de las celdas.
II. Diseño de protección térmica de módulos de batería
El objetivo de la protección térmica para módulos de batería es minimizar la magnitud de la fuga térmica. A nivel de módulo, se aplican materiales y estructuras como placas de mica, fibra de vidrio, caucho de silicona ceramicizado y aerogel en el diseño de protección térmica. Estos materiales pueden retrasar o prevenir eficazmente la difusión térmica entre módulos, reducir la interacción térmica entre ellos y disminuir el riesgo de fuga térmica, garantizando así el funcionamiento seguro de los módulos de batería.
III. Diseño de protección térmica de todo el sistema de baterías
- Protección de la carcasa superior: La carcasa superior de la batería está fabricada con láminas recubiertas con un revestimiento ignífugo. Este diseño mejora la resistencia al fuego de la carcasa superior y evita la propagación de llamas, proporcionando así una protección básica a la batería.
- Protección del circuito de refrigeración: El circuito de refrigeración de la batería utiliza una funda protectora de nailon para tuberías de agua, combinada con cinta de silicona cerámica, para evitar fugas de refrigerante y fallos de aislamiento. El funcionamiento fiable del circuito de refrigeración es crucial para la gestión térmica del sistema de baterías, garantizando que el refrigerante absorba eficazmente el calor generado por la batería.
- Protección de conexiones eléctricas: Se utilizan cintas de mica y de silicona cerámica para proteger las conexiones eléctricas, como los buses de cobre del paquete de baterías, y así evitar que la carcasa se perfore por arcos eléctricos y provoque un incendio. Además, esta protección previene fallos de aislamiento causados por fugas de líquido, garantizando así la seguridad de las conexiones eléctricas.
IV. Tecnología de supresión de fugas térmicas del sistema de baterías
- Sistema de Enfriamiento de Emergencia: Se utiliza todo el circuito de enfriamiento del vehículo, y un sistema compuesto por un tanque de agua, una bomba de agua, etc., enfría de emergencia las celdas con fugas térmicas. El sistema de enfriamiento por aire también participa en este proceso. Mediante el enfriamiento circular, la temperatura de las celdas se reduce rápidamente, suprimiendo eficazmente la fuga térmica. Una buena protección térmica entre celdas es un requisito previo para implementar el enfriamiento de emergencia, lo que permite ganar tiempo para el sistema de enfriamiento.
- Sistema de extinción de incendios: Para situaciones de fuga térmica, se utilizan diferentes tipos de materiales extintores. Estos incluyen materiales gaseosos como el heptafluoropropano, líquidos como la perfluoroacetona y sólidos como el polvo de aerogel y las sales de potasio. Estos materiales pueden contribuir a la extinción eficaz de incendios y a la reducción de los daños causados por la fuga térmica, según la situación específica.
En conclusión, el diseño de protección térmica de los sistemas de baterías de iones de litio debe considerar integralmente múltiples niveles, como celdas, módulos y el conjunto completo de baterías, y realizar un diseño específico basado en las características y vías de difusión de la fuga térmica en las celdas. La combinación de un diseño de protección térmica razonable y la tecnología de supresión de fugas térmicas permite controlar eficazmente el alcance y el impacto de estas fugas, lo que garantiza la operación segura de los sistemas de baterías de iones de litio y promueve el desarrollo sostenible de la industria de las nuevas energías.
