Barreiras 3D personalizáveis ​​evitam fuga térmica em veículos elétricos

Stephen Moore | 24 de agosto de 2023

Baterias de íons de lítio com alta densidade de energia e maior autonomia aumentam o risco de fuga térmica. Como medida preventiva, a Freudenberg Sealing Technologies desenvolveu barreiras térmicas fabricadas por moldagem por injeção e extrusão que ajudam a retardar a fuga térmica, aumentando a resistência à propagação. As novas barreiras térmicas tridimensionais (3D) podem ser usadas em vários locais da bateria e já se mostraram confiáveis ​​em suas produções em série iniciais.

Espera-se que bem mais de 100 milhões de carros elétricos estejam nas estradas em todo o mundo até 2030. Para tornar a eletromobilidade mais eficiente no futuro, muitos fabricantes estão a trabalhar no sentido de alcançar autonomias mais elevadas e tempos de carregamento mais curtos. É por isso que as baterias de alto desempenho são uma das prioridades neste desenvolvimento. Mas nas baterias de íon-lítio, a maior densidade de energia aumenta o risco de fuga térmica. A Freudenberg Sealing Technologies desenvolveu barreiras térmicas para este ambiente desafiador, retardando ou até mesmo interrompendo a fuga térmica, aumentando a resistência à propagação térmica.

“O que é completamente novo é que as barreiras térmicas agora também estão disponíveis em geometrias 3D personalizadas e flexíveis, o que torna possível utilizá-las em vários locais da bateria e permite a integração de componentes adicionais”, disse Andrew Espinoza, vice-presidente global , tecnologia, da Divisão Oil Seals Powertrain & Driveline da Freudenberg Sealing Technologies.

A fuga térmica, que é a ignição ou explosão de uma célula de bateria causada por um processo de aquecimento auto-reforçado, é um problema de segurança significativo. Pode ser causado por uma série de fatores internos e externos, como sobrecarga, descarga excessiva, danos ou aquecimento da bateria. A fuga térmica libera não apenas chamas e gases quentes, mas também partículas eletricamente condutoras. Estes, por sua vez, podem causar propagação térmica em células adjacentes e levar a curtos-circuitos no sistema elétrico. As barreiras térmicas atuam como camadas protetoras que retardam ou até impedem a propagação do calor e das chamas na bateria, o que aumenta significativamente a segurança.

Além das barreiras bidimensionais existentes, como tapetes planos e mantas térmicas, a variante 3D abre possibilidades inteiramente novas. Geometrias 3D específicas do cliente podem ser produzidas em uma variedade de processos de fabricação de alto e baixo volume, como moldagem por injeção e extrusão contínua. Vedações de perfil, separadores de módulos e tampas, incluindo aquelas para barramentos, linhas de resfriamento ou componentes elétricos, são exemplos de produtos atualmente produzidos. Além disso, as geometrias 3D complexas fabricadas são leves e têm impacto mínimo no peso total da bateria.

Os especialistas em materiais da Freudenberg Sealing Technologies desenvolveram materiais resistentes ao calor, elétricos e isolantes térmicos especificamente para essas aplicações. Os testes destes materiais foram concluídos internamente, provando que eles podem suportar com segurança temperaturas de até 1.200°C. Composições especiais tornam estes polímeros compostos altamente resistentes ao calor. Também os torna resistentes contra impactos de partículas, como aqueles que ocorrem quando as células são ventiladas. As barreiras térmicas 3D utilizam soluções de elastômero, seja na forma sólida ou em espuma, além de componentes plásticos moldados em Quantix Ultra, o que possibilita geometrias complexas.

Os compostos Quantix Ultra são termoplásticos semicristalinos com temperaturas de transição vítrea significativamente mais altas do que os termoplásticos convencionais. No entanto, uma vez excedida a temperatura de transição vítrea, em vez de derreter, o material torna-se elástico. Em um teste de laboratório, uma amostra do material com menos de um milímetro de espessura sobreviveu por 10 minutos em uma chama que atingiu a temperatura de 1.200°C.

“As barreiras térmicas tridimensionais e os materiais utilizados passaram por extensos testes que excedem os padrões exigidos. Eles comprovaram seu excelente desempenho e confiabilidade em testes de bancada, bem como em testes de sistemas de bateria. Os produtos atendem aos mais altos padrões de qualidade, são certificados pela UL 94 V-0 e já estão sendo utilizados com sucesso na produção inicial em série para a indústria automotiva”, disse Espinoza.