Material ultrafino de barrera térmica para la protección frente a la propagación de la fuga térmica entre celdas en paquetes de baterías para vehículos eléctricos pesados
Antecedentes del proyecto
Un importante fabricante de vehículos comerciales estaba desarrollando un paquete de baterías de alta densidad energética para camiones eléctricos de larga distancia. El diseño altamente integrado del chasis y la arquitectura compacta del paquete de baterías dejaban un espacio extremadamente reducido entre las celdas prismáticas para incorporar materiales de protección térmica.
Durante el desarrollo del paquete de baterías, el cliente comprobó que las barreras térmicas basadas en aerogel no podían ofrecer el rendimiento de protección térmica requerido dentro del espesor de instalación disponible. Por ello, el proyecto requería un material aislante ultrafino capaz de proporcionar un excelente rendimiento de aislamiento térmico sin aumentar el tamaño del paquete de baterías ni comprometer su densidad energética.
Retos del cliente
El diseño del paquete de baterías requería un material de protección térmica que pudiera:
- Proporcionar un excelente aislamiento térmico con un espesor de instalación ≤1 mm;
- Retrasar eficazmente la propagación de la fuga térmica entre celdas en condiciones de thermal runaway;
- Minimizar el impacto sobre el peso del paquete de baterías y su densidad energética volumétrica;
- Mantener un rendimiento mecánico estable durante el funcionamiento y los ciclos de carga y descarga de la batería;
- Ser compatible con el ensamblaje automatizado del paquete de baterías y la fabricación a gran escala.
Solución de Unicorn
Unicorn suministró un núcleo de aislamiento microporoso personalizado de 0,8 mm que cumplió satisfactoriamente los requisitos del cliente en los ensayos de aislamiento térmico mediante placa caliente y exposición directa a la llama. Tras el encapsulado con película de PET, la solución completa de barrera térmica alcanzó un espesor total inferior a 1 mm, proporcionando una excelente protección térmica y permitiendo al mismo tiempo el ensamblaje automatizado del paquete de baterías.
Beneficios para el cliente
Protección superior frente a la fuga térmica
El aislamiento microporoso ultrafino ofrece un rendimiento excepcional de aislamiento a altas temperaturas, con una temperatura máxima de servicio continuo de 1200 °C y una conductividad térmica ≤0,038 W/m·K a una temperatura media de 800 °C. Esto reduce eficazmente la propagación de la fuga térmica entre celdas durante un evento de thermal runaway.
Permite diseños de paquetes de baterías con mayor densidad energética
Disponible en configuraciones ultrafinas de hasta 0,8 mm, esta solución proporciona una protección térmica altamente eficaz incluso en espacios de instalación extremadamente reducidos, contribuyendo a maximizar la densidad energética del paquete de baterías sin aumentar sus dimensiones.
Diseño ultrafino con capacidad fiable para la producción en serie
El avanzado proceso de fabricación de Unicorn permite producir paneles de aislamiento microporoso ultrafinos de 0,8 mm con una excelente uniformidad de espesor y una gran estabilidad en sus prestaciones térmicas. La formulación optimizada del material y los procesos de fabricación también proporcionan una mayor flexibilidad y facilitan la manipulación durante el ensamblaje, garantizando una producción fiable a gran volumen y una fabricación eficiente de paquetes de baterías.
Material de barrera térmica microporosa para la protección frente a la propagación de la fuga térmica entre celdas en sistemas BESS de gran escala
Antecedentes del proyecto
Un importante integrador de sistemas de almacenamiento de energía estaba desarrollando un sistema de almacenamiento de energía con baterías de ion-litio (BESS) en contenedor para aplicaciones de red eléctrica en mercados internacionales. El contenedor de 20 pies incorporaba una arquitectura de baterías en bastidores con una capacidad de 5 MWh, utilizando celdas LFP de 314 Ah dispuestas con alta densidad. A medida que la capacidad de las baterías aumentaba dentro de un volumen de contenedor fijo, el cliente necesitaba una barrera térmica ultrafina capaz de ofrecer una mayor resistencia térmica sin comprometer la densidad energética ni la integración del sistema.
Retos del cliente
La arquitectura de la batería requería una capa intermedia de protección térmica que cumpliera los siguientes requisitos técnicos:
- Mantener un espesor total de aislamiento entre celdas de ≤1,5 mm;
- Alcanzar una conductividad térmica de ≤0,05 W/m·K en condiciones de alta temperatura;
- Proporcionar un comportamiento estable frente a la compresión para absorber la expansión y contracción de las celdas durante los ciclos prolongados de funcionamiento;
- Ser compatible con procesos automatizados de alta velocidad y con el ensamblaje de módulos de batería;
- Garantizar un suministro fiable y de gran volumen para proyectos BESS de escala utility.
Solución de Unicorn
Unicorn suministró un núcleo de aislamiento microporoso TT 1000 Classic LB personalizado de 1,35 mm, diseñado para cumplir los requisitos de aislamiento térmico y rendimiento mecánico exigidos por el cliente para la protección térmica entre celdas. El material superó con éxito el ensayo de exposición directa a llama a 1200 °C y el ensayo de compresión a alta temperatura a 675 °C especificados por el cliente, demostrando un excelente rendimiento de aislamiento térmico a altas temperaturas y una gran estabilidad estructural. Además, el núcleo fue optimizado para los procesos posteriores de encapsulado y conversión, facilitando su integración en el sistema de fabricación de módulos de batería del cliente.
Beneficios para el cliente
Protección térmica fiable para sistemas de almacenamiento de energía a gran escala
El núcleo de aislamiento microporoso proporciona un rendimiento de aislamiento térmico estable incluso en condiciones de temperaturas extremas, combinando una excelente resistencia térmica con una conductividad térmica muy baja. Esto permite a los fabricantes de baterías desarrollar soluciones eficaces de protección térmica entre celdas para sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad.
Excelente compatibilidad con los procesos de fabricación posteriores
El núcleo de aislamiento microporoso puede personalizarse en espesor, dimensiones y propiedades mecánicas para adaptarse a los distintos diseños de módulos de batería. Su excelente procesabilidad garantiza la compatibilidad con los procesos de encapsulado, laminado y conversión definidos por cada cliente, ofreciendo una gran flexibilidad para diferentes configuraciones de barreras térmicas.
Calidad constante del material para la producción a gran escala
Un proceso de fabricación robusto y estable garantiza una elevada uniformidad de espesor, un rendimiento térmico constante y una alta precisión dimensional entre los distintos lotes de producción. Esto asegura un suministro fiable del material y una fabricación eficiente para proyectos BESS de gran escala.
Impulso a diseños de almacenamiento de energía seguros y compactos
Gracias a la combinación de una excelente resistencia a altas temperaturas, un elevado rendimiento de aislamiento térmico y una estructura ultrafina, este material permite a los diseñadores de sistemas de baterías equilibrar los requisitos de seguridad térmica con el máximo aprovechamiento del espacio en sistemas de almacenamiento de energía de alta capacidad.
