Incapsulamento batterie con schiuma poliuretanica isolante

Scopo fondamentale di una batteria è concentrare la massima potenza nello spazio più piccolo possibile. Sembra semplice, ma con la densità di potenza in continuo aumento, si prospettano sfide sempre nuove. Più alta è la densità della batteria, maggiore è il calore generato in uno spazio più piccolo, in particolare in caso di guasto.

Progettare un modulo batterie ad alte prestazioni che sia sicuro da utilizzare in tutte le condizioni di guasto richiede una particolare attenzione alla gestione termica. Oltre a una buona gestione termica, gli esperti di batterie utilizzano metodi di incapsulamento interstiziale per garantire una protezione ancora migliore.

Per affrontare questa sfida durante il processo di assemblaggio dei moduli, vengono miscelati e applicati ai moduli materiali bicomponente costituiti da silicone, schiuma di silicone, resine epossidiche, schiuma epossidica e schiuma poliuretanica isolante, per riempire le cavità fra le celle. L'incapsulamento delle celle con questi materiali speciali può prevenire il fenomeno della valanga termica e la propagazione termica, riducendo gli shock meccanici e le vibrazioni in condizioni di normale utilizzo. Questi miglioramenti garantiscono alti livelli di sicurezza, stabilità meccanica e prestazioni a lungo termine della batteria.

Quando una cella si degrada rapidamente o viene esposta a condizioni pericolose esistenti sulla strada, ad esempio un oggetto con il potenziale di penetrare nel pacco batterie, esiste il rischio di innescare il fenomeno della valanga termica. Il design del modulo influisce anche su questo rischio: più le celle sono vicine, maggiore è la probabilità che un'eventuale valanga termica si propaghi alle altre celle. Gli eventi termici possono estendersi rapidamente da cella a cella e causare un guasto catastrofico, una situazione pericolosa per il guidatore e i passeggeri di un veicolo elettrico.

Durante il normale funzionamento di un veicolo elettrico, il modulo batterie è soggetto a condizioni ambientali e stradali difficili, quali scosse esterne e vibrazioni. Impatti e vibrazioni causano sollecitazioni meccaniche che aumentano la probabilità di deformazione o danneggiamento dei componenti della batteria. Fondamentalmente, shock meccanici e vibrazioni non controllati influenzano negativamente l'affidabilità, la durata e la sicurezza del modulo.

Le batterie agli ioni di litio tendono a rigonfiarsi col tempo, principalmente a causa dell'emissione di gas durante i cicli di carica. La durata non lineare tipica di ogni cella può causare un'interferenza meccanica involontaria tra le singole celle, con conseguente degrado delle prestazioni e possibile guasto meccanico. Quando un elemento cilindrico si gonfia, può produrre una pressione indesiderata su celle adiacenti, con una conseguente riduzione della durata della batteria.

La schiuma utilizzata per l'incapsulamento delle batterie è fondamentale per rispondere a queste problematiche, in quanto impedisce la propagazione termica e fissa meccanicamente ogni cella del pacco batterie. Tuttavia, il trattamento e l'applicazione del materiale possono creare tutta una serie di problemi. Un rapporto e/o una miscela inadeguati dei due componenti può portare a mancanza di omogeneità della schiuma di silicone, con conseguente impatto negativo sulle prestazioni. Il volume di materiale fluido erogato può risultare insufficiente o eccessivo, causando una perdita di prodotto.

Ogni design delle batterie agli ioni di litio presenta caratteristiche e requisiti specifici e Graco è impegnata a trovare una soluzione di erogazione per ogni singolo modello. È possibile determinare le portate di flusso e i valori di iniezione corretti, per erogare una quantità accurata di materiale nel modulo in modo accurato. È inoltre possibile ottenere una miscela omogenea di materiale a flusso continuo, in modo da garantire un'erogazione affidabile e ripetibile di schiuma poliuretanica isolante nel modulo batterie, migliorando l'efficienza di produzione.