Encapsulación con espuma de celdas de batería cilíndricas

Una finalidad fundamental de la batería es almacenar la máxima energía en el mínimo espacio posible. Esto parece sencillo, pero, a medida que aumenta la densidad de potencia, surgen nuevos retos. Cuanto más densa se vuelve una batería, más calor se genera en menos espacio, sobre todo en una situación de avería.

Para diseñar un módulo de batería de alto rendimiento que siga siendo seguro en cualquier situación de fallo, hay que prestar mucha atención a la gestión térmica. Además de buenas prácticas en la gestión térmica, los ingenieros de baterías están utilizando métodos de encapsulación intersticial para ofrecer una protección aún mejor.

Para superar este reto en el proceso de montaje de módulos, se mezclan materiales de dos componentes como silicona, espuma de silicona, epoxi, espuma epoxi y espuma de poliuretano, y se dispensan en el módulo para llenar huecos de espacio entre cada celda. Si se encapsulan las celdas con estos materiales especializados, se puede evitar el embalamiento térmico y la propagación térmica, además de reducir golpes mecánicos y vibraciones en condiciones de uso normal. Estas mejoras garantizan una mayor seguridad, más estabilidad mecánica y mejor rendimiento de la batería a largo plazo.

Cuando una celda se degrada rápidamente o está expuesta a condiciones peligrosas de la carretera, como un objeto en la calzada que penetre en el paquete de baterías, existe el riesgo de embalamiento térmico. El diseño del módulo también influye en este riesgo; cuanto más cerca estén las celdas, más probable es que el embalamiento térmico pueda propagarse a otras celdas. Los eventos térmicos pueden extenderse rápidamente de celda en celda y causar un fallo crítico, lo que supone una situación peligrosa para el conductor y los ocupantes de un vehículo eléctrico.

Durante el funcionamiento normal de un vehículo eléctrico, el módulo de baterías se ve sometido a duras condiciones ambientales y viales, tales como golpes y vibraciones externas. Estos impactos y vibraciones causan tensión mecánica, lo que aumenta la probabilidad de deformaciones o daños en los componentes de la batería. En última instancia, las vibraciones y golpes mecánicos que no se mitigan afectan de manera negativa a la fiabilidad, durabilidad y seguridad del módulo.

Las baterías de ion-litio tienden a dilatarse con el tiempo, principalmente por la emisión de compuestos volátiles durante ciclos de carga. El envejecimiento no lineal típico de cada celda puede causar interferencias mecánicas accidentales entre cada celda, lo que merma el rendimiento y puede provocar fallos mecánicos. Cuando una celda cilíndrica se hincha, puede generar una presión no deseada en las celdas contiguas, lo que en última instancia afecta a la durabilidad de la batería.

La espuma de encapsulación es fundamental para contrarrestar los retos mencionados, ya que evita la propagación térmica y garantiza la seguridad mecánica de cada celda del paquete. Sin embargo, el procesamiento del material y la aplicación pueden generar problemas adicionales. Una relación o mezcla inadecuadas de los dos componentes pueden producir una espuma no uniforme y, por lo tanto, afectar al rendimiento. El suministro de fluido también puede generar un volumen insuficiente o excesivo de material, lo que provocará pérdida del producto.

El diseño de cada batería de ion-litio presenta características y requisitos únicos, y en Graco nos esforzamos por encontrar una solución de dispensación para cada modelo concreto. Sabemos determinar caudales adecuados y puntos de inyección para suministrar de manera uniforme una cantidad precisa de material al módulo. También somos capaces de lograr una mezcla homogénea de material con caudal continuo para dispensar espuma de forma fiable y repetida en el módulo de la batería con el fin de mejorar la eficiencia de producción.