O que é proteção térmica?
A proteção térmica é como uma célula de íon-de lítio evita pegar fogo. Cada 18650 que você já usou tem vários dispositivos de segurança amontoados naquela pequena tampa superior-PTC, CID, disco de ventilação, tudo bem. Eles estão lá porque a química do íon-lítio armazena uma tonelada de energia em um espaço pequeno, e essa energia encontrará uma saída se algo der errado internamente.
Estou neste setor há tempo suficiente para me lembrar de quando “fuga térmica” não era um termo familiar. Depois veio o recall de laptops Dell em 2006. A Sony retirou milhões de células. De repente, todos queriam saber o que acontece quando uma célula de íons de lítio falha e, mais importante, como pará-la.
Fuga Térmica vs. Superaquecimento
As pessoas misturam isso o tempo todo. Superaquecimento ocorre quando uma célula esquenta por causas externas -você a deixou em um carro quente, o carregador não funcionou bem, seja o que for. Remova a fonte de calor e a célula esfria. Problema resolvido.
A fuga térmica é uma fera totalmente diferente. Algo falha dentro da célula-talvez o separador seja perfurado, talvez um defeito de fabricação crie um curto-circuito-e a célula comece a gerar seu próprio calor. Esse calor acelera a decomposição química, o que gera mais calor, o que acelera ainda mais a decomposição. É um ciclo de feedback. Quando você percebe, já é tarde demais para parar.
A célula acaba exalando gases quentes e chamas, às vezes de forma violenta. Em uma bateria, uma célula em fuga pode cozinhar suas vizinhas e desencadear uma reação em cadeia. É por isso que existe proteção térmica.
A pilha de proteção
Abra uma célula cilíndrica e observe a tampa superior. Você encontrará vários dispositivos empilhados lá, cada um projetado para detectar problemas em diferentes estágios.
PTC
O dispositivo PTC (coeficiente de temperatura positivo) é a sua primeira linha. É basicamente um wafer de polímero carregado com partículas condutoras. Temperatura normal, baixa resistência, corrente flui bem. Aumente acima de 80 graus ou mais e o polímero incha, as partículas se separam, a resistência sobe até o teto. A corrente cai para quase nada.
O que eu gosto nos PTCs é que eles são redefinidos. Esfrie a célula, ela funciona novamente. Bom para capturar shorts externos que desaparecem rapidamente.
O que não gosto é como eles se comportam em strings em série. Aprendemos isso da maneira mais difícil durante os testes de embalagem, alguns anos atrás. O PTC de uma célula disparou, mas com uma string de 48 V atrás dele, a tensão simplesmente formou um arco. A proteção que funciona bem no nível da célula nem sempre se estende ao nível do pacote.
Desligamento do Separador
O separador é aquela membrana fina que mantém os eletrodos separados enquanto permite a passagem dos íons de lítio. Em um separador desligado, o material amolece cerca de 130 graus e os poros se fecham. Sem transporte de íons, sem reação eletroquímica, sem corrente.
Os designs multicamadas-camada interna PE, camada externa PP-oferecem alguma margem extra. O PE interrompe o fluxo de íons enquanto o PP mantém tudo separado mecanicamente por um pouco mais de tempo. Comprou-nos talvez 10-15 segundos extras em testes de abuso antes do desenvolvimento dos shorts internos.
Uma coisa a lembrar: os separadores não voltam. Se uma célula esquentar o suficiente para provocar o desligamento, essa célula estará pronta. Substitua-o.
CID
O dispositivo de interrupção de corrente responde à pressão, não à temperatura. Quando as coisas começam a se decompor por dentro, elas geram gás. O CID consiste em dois discos finos-soldados por pontos que se separam quando a pressão interna fica alta o suficiente-algo em torno de 1 MPa, dependendo do projeto.
Esta é uma desconexão permanente. No momento em que uma célula está gerando tanto gás, ela já está danificada e não pode mais ser usada. Você quer isso fora do circuito.
Ventilação
Último recurso. Se a pressão continuar aumentando após a ativação do CID, o disco de ventilação se rompe e permite que os gases escapem. O material que sai é inflamável e tóxico, mas a ventilação controlada é melhor do que uma ruptura descontrolada. Todos nós já vimos vídeos de células explodindo como fogos de artifício-é isso que acontece sem ventilação adequada.
A camada BMS
A proteção-no nível da célula lida com falhas rápidas. O sistema de gerenciamento de bateria cuida de todo o resto-monitorando as temperaturas do pacote, acelerando as taxas de carga quando as coisas esquentam, desconectando os contatores se as leituras dos sensores ficarem fora do alcance.
Os dois sistemas se complementam. O BMS detecta os-problemas de desenvolvimento lento que um bom gerenciamento térmico pode evitar. Dispositivos-no nível de célula detectam falhas internas rápidas que os sensores de superfície não conseguem detectar a tempo.
Química faz a diferença
Nem todos os íons-de lítio são criados iguais quando se trata de estabilidade térmica. Seus produtos químicos-à base de cobalto-LCO, NMC-apresentam grande densidade de energia, mas são termicamente sensíveis. A ligação cobalto-oxigênio se quebra em temperaturas elevadas e libera oxigênio que alimenta a reação.
LFP é mais indulgente. A estrutura de ferro-fosfato mantém-se melhor sob estresse térmico. Você tem mais espaço entre a operação normal e a zona de perigo. Os mesmos dispositivos de proteção, mas não funcionam tão perto da borda.
Esta é uma grande parte da razão pela qual a LFP assumiu o controle do manuseio de materiais. As empilhadeiras vivem vidas difíceis-carregamento rápido, oscilações de temperatura, abuso ocasional. Você quer uma química que aguente isso. Todos os Packs Polinovel são construídos com células LFP exatamente por esse motivo.
