IDTechEx analiza qué significa Cell-to-Pack para la protección contra incendios de vehículos eléctricos
A pesar de la escasez de componentes y el aumento de los precios de los materiales, los vehículos eléctricos (EV) han continuado su fuerte crecimiento a lo largo de 2022, y las ventas esperan aumentar en más del 60 % en comparación con el año anterior. Un factor que es difícil pasar por alto es la seguridad contra incendios de los vehículos. Además de los principales retiros de automóviles vistos en 2020 y 2021 para GM, Hyundai, Ford y otros, 2022 también destacó problemas en otros segmentos de vehículos. RATP (Régie Autonome des Transports Parisiens) tuvo que retirar 149 autobuses eléctricos de BlueBus e Indiavio un número creciente de incendios de scooters eléctricos que forzaron cambios en la regulación (más sobre eso más adelante). Si bien los incendios de vehículos con cualquier tren motriz son raros, es importante brindar protección a los propietarios/ocupantes del vehículo evitando que un incendio se propague fuera del paquete de baterías o al menos retrasándolo el mayor tiempo posible.
Un método clave para lograr esto es mediante la aplicación de materiales de protección pasiva contra incendios . Estos son materiales que tienen una fuerte resistencia al fuego durante el mayor tiempo posible. Estos se pueden aplicar en varios lugares. Una batería EV tradicional consta de muchas celdas de batería que se combinan para formar un módulo; a su vez, estos se combinan dentro del recinto de la batería para formar un paquete. Esto brinda varias oportunidades para la aplicación de materiales de protección contra incendios. Los materiales se pueden aplicar alrededor del paquete, dentro del gabinete, debajo de la tapa, alrededor de los módulos y entre las celdas. Muchos fabricantes utilizarán una combinación de opciones para brindar la mejor protección posible.
Cell-to-Pack y mejora de la eficiencia de envasado
Sin embargo, una tendencia clave en la industria de las baterías para vehículos eléctricos es hacia una mayor eficiencia de empaque, con el objetivo de mejorar la densidad de energía y reducir la complejidad y el costo. En pocas palabras, tener más batería ocupada por las celdas en lugar de todos los componentes que en realidad no almacenan energía. De hecho, la investigación de IDTechEx descubrió que los materiales de las baterías, sin incluir las celdas, se han reducido en más del 50 % desde 2015. Esto se debe a estrategias de embalaje y uso de materiales más optimizadas. Un cambio de paso clave aquí está en los diseños de celda a paquete.
En un diseño de celda a paquete, se quita la estructura modular y todas las celdas se empaquetan directamente juntas para formar el paquete. Esto reduce la cantidad de componentes, lo que lleva a una fabricación más simple y costos reducidos. Este enfoque ha sido implementado por jugadores como BYD, CATL, Tesla y varios otros, con más planes de implementación en el futuro.
Protección contra incendios en Cell-To-Pack
Si bien esta estrategia es ciertamente más simple, uno podría preguntarse cómo afecta esto a la seguridad contra incendios. Ya no hay grupos de células separadas entre sí; si una celda entra en fuga térmica, ¿qué impide que se propague por todo el paquete? Todavía se pueden aplicar materiales debajo de la tapa o recubrir el recinto, pero si todas las celdas han entrado en fuga térmica, estas opciones tendrán muchas más dificultades para evitar que un incendio escape del paquete.
El objetivo soñado para los diseñadores de baterías es tener un material que pueda asentarse entre las celdas y evitar que un evento de fuga térmica se propague de una celda a otra. En términos generales, para hacer esto, necesita una baja conductividad térmica y una fuerte resistencia a la llama. Esto es más fácil decirlo que hacerlo cuando también se trata de mejorar la densidad de energía y reducir los costos. Una metodología clave para lograr esto es reemplazar los materiales funcionales antiguos por otros que puedan realizar esa función y al mismo tiempo brindar protección contra incendios. Otra preocupación clave para algunas tecnologías establecidas es el manejo de materiales; los materiales como la mica o las mantas de cerámica pueden ser quebradizos o polvorientos.
Por lo tanto, los materiales deben ser térmicamente aislantes, eléctricamente aislantes, livianos, adaptables, fáciles de trabajar, de bajo costo y que brinden protección contra incendios. Esto suena como una tarea difícil, pero hay varias opciones disponibles. Los aerogeles han ido ganando popularidad y, si bien estos también han tenido problemas con el manejo en el pasado, los proveedores de materiales los están encapsulando para evitar algunas de las preocupaciones. IDTechEx también ha visto la adopción de espumas encapsuladas que se pueden dispensar fácilmente, expandirse en su lugar y ayudar a proporcionar estructura alrededor de las celdas además de las propiedades anteriores. Los reemplazos "directos" son otra opción, por ejemplo, almohadillas de compresión con aditivos de protección contra incendios para reemplazar las almohadillas de compresión que se usan normalmente entre las celdas de la bolsa. Finalmente, hay aún más alternativas en etapa inicial, como soportes de celdas hechos de materiales intumescentes. Esto proporcionaría protección contra la propagación al mismo tiempo que proporcionaría un marco estructural para las células.
¿Cómo contribuirán las normas de seguridad?
La regulación es a menudo un factor clave para la seguridad. China fue uno de los primeros en adoptar regulaciones específicas de fugas térmicas con su regla de 5 minutos para advertir a los ocupantes de vehículos de un evento térmico. Aún no se ha aplicado un mandato formal similar a este en otras regiones, pero los OEM han comenzado a apuntar a este u otros requisitos más estrictos en sus diseños para adelantarse a futuras regulaciones y mejorar la seguridad general.
El mercado de vehículos eléctricos de la India tuvo una transición de seguridad clave en 2022. Los órganos rectores establecieron ajustes (a partir de octubre de 2022 ) a los estándares actuales. Además de usar solo celdas aprobadas, también se indican las características de diseño de la batería, como el espacio entre celdas.
El factor clave que falta en cualquier regulación en este momento es un requisito para evitar la propagación térmica de celda a celda. Las regulaciones se enfocan en que el fuego abandone el paquete, que en última instancia es la preocupación clave para la seguridad humana. Sin embargo, si se impusiera una regulación que exigiera la propagación de celda a celda o incluso de módulo a módulo, esto podría ayudar a ahorrar costos para el OEM o el propietario del vehículo al proteger el resto de las costosas celdas y el paquete de la batería, y significaría que el paquete los materiales nivelados tienen un trabajo más fácil para prevenir más incendios. Esto presentaría una gran oportunidad para los proveedores de materiales que pueden cumplir con todos los requisitos establecidos anteriormente.
Con el mayor enfoque en la seguridad contra incendios y el mercado de vehículos eléctricos en rápido crecimiento, IDTechEx predice un crecimiento de 13 veces en la demanda anual de materiales de protección contra incendios en 2033 en comparación con 2022. Dado el mercado de vehículos eléctricos que ya es grande, esto se traduce en grandes volúmenes de material. necesario durante la próxima década.
El informe de IDTechEx sobre materiales de protección contra incendios para baterías EV analiza muchos diseños y materiales de baterías actualmente en el mercado, así como el impacto que tendrán los diseños de celda a paquete y otros diseños de baterías emergentes. El informe proporciona puntos de referencia de materiales y pronósticos de mercado de diez años en todas las categorías de materiales, incluidas mantas/láminas de cerámica (y otros no tejidos), mica, aerogeles, recubrimientos (intumescentes y otros), encapsulantes, espumas encapsulantes, almohadillas de compresión, materiales de cambio de fase. , y otros.
Para obtener más información sobre el informe de IDTechEx "Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2023-2033", incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/FPM .
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