Nel campo delle nuove energie, la sicurezza dei sistemi di batterie agli ioni di litio è di vitale importanza. Tra questi, il problema della fuga termica è un fattore chiave che ne influenza la sicurezza. Per affrontare efficacemente i rischi causati dalla fuga termica, la progettazione della protezione termica e la tecnologia di soppressione della fuga termica sono diventate le principali direzioni di ricerca, che possono essere condotte principalmente a livello di celle, moduli e dell'intero pacco batteria.
I. Progettazione della protezione termica tra le celle
Diversi tipi di celle hanno diverse strutture di protezione termica:
- Batterie cilindriche: viene adottata una struttura di incapsulamento (A) e le celle sono collegate tramite adesivo termoconduttivo PCM. Questo metodo può controllare efficacemente la conduzione del calore tra le celle e inibire la diffusione termica, garantendone il funzionamento stabile.
- Batterie Soft Pack: per la connessione vengono utilizzate schiuma di aerogel e piastre di mica. La schiuma di aerogel offre eccellenti prestazioni di isolamento termico e le piastre di mica possono bloccare efficacemente il trasferimento di calore, garantendo così la protezione termica tra le celle.
- Batterie prismatiche: l'aerogel è combinato con un telaio in gomma siliconica e un film in PET, e inserti termoisolanti vengono aggiunti per formare una struttura di protezione termica. L'aerogel fornisce isolamento termico, il telaio in gomma siliconica garantisce la tenuta, mentre il film in PET e gli inserti termoisolanti impediscono ulteriormente la propagazione del calore, migliorando la stabilità termica delle celle.
II. Progettazione della protezione termica dei moduli batteria
L'obiettivo della protezione termica per i moduli batteria è ridurre al minimo l'entità della fuga termica. A livello di modulo, materiali e strutture come piastre di mica, fibra di vetro, gomma siliconica ceramizzata e aerogel vengono utilizzati nella progettazione della protezione termica. Questi materiali possono ritardare o prevenire efficacemente la diffusione termica tra i moduli, ridurre l'interazione termica tra i moduli e ridurre il rischio di fuga termica, garantendo il funzionamento sicuro dei moduli batteria.
III. Progettazione della protezione termica dell'intero sistema di batterie
- Protezione del guscio superiore: il guscio superiore del pacco batteria è realizzato in fogli rivestiti con un rivestimento ignifugo. Questo design può migliorare la capacità ignifuga del guscio superiore e bloccare la propagazione delle fiamme, fornendo una protezione di base per il pacco batteria.
- Protezione del circuito di raffreddamento: il circuito di raffreddamento del pacco batteria utilizza una guaina protettiva in nylon per tubi dell'acqua combinata con nastro in silicone ceramico per prevenire perdite di refrigerante e guasti all'isolamento. Il funzionamento affidabile del circuito di raffreddamento è fondamentale per la gestione termica del sistema di batterie, garantendo che il refrigerante possa dissipare efficacemente il calore generato dalla batteria.
- Protezione dei collegamenti elettrici: il nastro di mica e il nastro di silicone ceramico vengono utilizzati per proteggere i collegamenti elettrici, come i bus in rame del pacco batteria, per impedire che l'involucro venga perforato da archi elettrici e provochi un incendio. Allo stesso tempo, questa protezione può anche prevenire guasti all'isolamento causati da perdite di liquido, garantendo la sicurezza dei collegamenti elettrici.
IV. Tecnologia di soppressione della fuga termica del sistema di batterie
- Sistema di raffreddamento di emergenza: viene utilizzato l'intero circuito di raffreddamento del veicolo e un sistema composto da serbatoio dell'acqua, pompa dell'acqua, ecc. gestisce il raffreddamento di emergenza delle celle in caso di runaway termico. Anche il sistema di raffreddamento ad aria partecipa a questo processo. Grazie al raffreddamento circolare, la temperatura delle celle può essere ridotta rapidamente, sopprimendo efficacemente lo sviluppo di runaway termico. Una buona protezione termica tra le celle è un prerequisito per l'implementazione del raffreddamento di emergenza, che può far guadagnare più tempo al sistema di raffreddamento.
- Sistema di estinzione incendi: in caso di fuga termica, vengono utilizzati diversi tipi di estinguenti. Tra questi, materiali gassosi come l'eptafluoropropano, materiali liquidi come il perfluoroacetone e materiali solidi come la polvere di aerogel e i sali di potassio. Questi materiali possono svolgere un ruolo efficace nell'estinzione degli incendi e nella riduzione dei danni causati dalla fuga termica, a seconda della specifica situazione.
In conclusione, la progettazione della protezione termica dei sistemi di batterie agli ioni di litio deve considerare in modo completo più livelli, come celle, moduli e l'intero pacco batteria, e condurre una progettazione mirata basata sulle caratteristiche e sui percorsi di diffusione della fuga termica delle celle. La combinazione di una progettazione razionale della protezione termica e di una tecnologia di soppressione della fuga termica può controllare efficacemente la portata e l'impatto della fuga termica, fornendo una solida garanzia per il funzionamento sicuro dei sistemi di batterie agli ioni di litio e promuovendo il sano sviluppo del nuovo settore energetico.
