Il runaway termico è una reazione a catena che deriva da un eccessivo accumulo di calore all'interno di un pacco batteria.
Le batterie agli ioni di litio (Li-ion) sono uno dei tipi più comunemente usati di batterie ricaricabili sul mercato e possono essere trovate in tutto, dai veicoli elettrici e dalle apparecchiature mediche all'elettronica di consumo portatile e ai sistemi di accumulo di energia.
Mentre i progettisti di pacchi batteria continuano a spingere i limiti delle batterie agli ioni di litio aumentando la densità e la capacità di energia, i sistemi di gestione termica devono continuare ad evolversi per mitigare e proteggere in modo sicuro dall'aumento del calore prima che si accumuli per causare il runaway termico.
Runaway termico e perché è importante?
Il calore viene prodotto attraverso una reazione chimica durante i cicli di carica e scarica della batteria ricaricabile. Questo calore è un sottoprodotto necessario per il funzionamento di una batteria, ma se lasciato incontrollato o la batteria è stata progettata male, può accumularsi rapidamente nello spazio chiuso di una cella o di un pacco della batteria. Quando il calore si accumula più rapidamente di quanto si disperda, provoca una reazione a catena chiamata fuga termica nelle batterie agli ioni di litio. All'aumentare del calore, la batteria rilascia più calore attraverso una reazione esotermica, che a sua volta spinge la temperatura sempre più in alto.
Se non gestito, il runaway termico può causare malfunzionamenti del dispositivo, degrado delle celle della batteria, incendi o persino esplosioni. Prevenire il runaway termico con un robusto sistema di gestione termica e un design intelligente della batteria è fondamentale per garantire la sicurezza dell'utente, garantire l'integrità della batteria e ridurre i costi di garanzia.
Come prevenire e gestire il runaway termico?
Ci sono tre modi principali Boyd gestisce il runaway termico.
Thermal Management:The most important consideration with any heat producing component is thermal management. Per proteggere le batterie dal runaway termico, il calore deve dissiparsi dai pacchi batteria più rapidamente di quanto possa costruire, il che è unico per capacità, applicazione e geometria di ciascuna batteria.
È importante progettare batterie con questo in mente, incorporando materiali di interfaccia termica, piastre di raffreddamento liquido, adesivi termicamente conduttivi, custodie termicamente conduttive e camere di vapore ultrasottili per raffreddare e proteggere le celle della batteria.
Preventing Thermal Runaway Conditions:Proactively preventing the conditions that allow thermal runaway is another important prevention method. While lithium is a highly efficient metal for batteries, it is also highly reactive with any kind of moisture, forming lithium hydroxide. In piccole quantità, l'idrossido di litio può ridurre le prestazioni della batteria e, in grandi quantità, può causare la combustione delle batterie.
Quando si progetta una cella o un pacco batteria, è fondamentale assicurarsi che eventuali spazi vuoti o giunti in cui possono entrare umidità o detriti di corpi estranei (FOD) siano adeguatamente sigillati. Boyd offre molte diverse soluzioni di guarnizione, sigillatura e adesivo ottimizzate per set di compressione ideale, deflessione della forza e altri fattori meccanici per impermeabilizzare pacchi batteria e celle, non consentendo alcun ingresso di umidità. Le soluzioni di guarnizione di Boyd gestiscono anche urti e vibrazioni, riducendo al minimo il degrado delle guarnizioni del pacco batteria da condizioni stradali estreme per garantire che le guarnizioni rimangano intatte per tutta la durata della batteria.
L'incorporazione di materiali isolanti elettrici all'interno e intorno alle celle della batteria (come LectroShield) è importante per prevenire cortocircuiti e scintille, che possono anche guidare il calore e portare al runaway termico.
Isolamento del runaway termico:
Mentre una corretta gestione termica e strategie di prevenzione possono aiutare a ridurre le possibilità che si verifichi un evento di fuga termica, è importante progettare batterie per prevenire la propagazione se si verifica un evento catastrofico. La sicurezza del conducente e del pubblico è la preoccupazione numero uno nei trasporti con misure di sicurezza duplicate progettate in applicazioni critiche. Mantenere isolata la singola cella della batteria o il componente interessato è fondamentale come progetto di sicurezza di backup per contenere il runaway termico se la gestione termica o i progetti preventivi falliscono.
Inizialmente progettare i pacchi batteria con questo in mente è il modo migliore per isolare qualsiasi evento di fuga termica. L'incorporazione di barriere ignifughe realizzate con materiali ignifughi (come schiuma SOLIMIDE® o isolanti polimerici) tra le celle della batteria può impedire al fuoco di raggiungere altri componenti sensibili termicamente in caso di evento di fuga termica.
La differenza Boyd
Boyd ha alleanze strategiche con fornitori di materie prime a livello globale per adesivi, schiume, materiali di interfaccia termica (TIM), schermatura, isolanti e molti altri materiali ingegnerizzati avanzati. Combiniamo queste partnership con le nostre vaste capacità produttive e la nostra esperienza di progettazione per creare stack-up multistrato di materiali ottimizzati per prevenire e isolare il runaway termico per la vostra applicazione a batteria.
I nostri ingegneri hanno decenni di esperienza nell'offrire supporto alla progettazione, garantendo che i componenti siano progettati per la produzione (DFM) e ottimizzati per l'assemblaggio. Questo ci consente di combinare diverse soluzioni per infiammabilità, tenuta, guarnizioni, protezione dalle collisioni e altro ancora da più fornitori in un unico prodotto completamente integrato, riducendo i costi complessivi e i tempi di consegna.
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