Qu’est-ce que la protection thermique ?
La protection thermique permet à une cellule lithium-ion de s'empêcher de prendre feu. Chaque 18650 que vous avez utilisé est doté de plusieurs dispositifs de sécurité entassés dans ce petit capuchon supérieur -PTC, CID, disque de ventilation, le tour est joué. Ils sont là parce que la chimie du lithium-ion stocke une tonne d'énergie dans un petit espace, et cette énergie trouvera une issue si quelque chose ne va pas en interne.
Je suis dans cette industrie depuis assez longtemps pour me souvenir de l'époque où « emballement thermique » n'était pas un terme courant. Puis sont arrivés les rappels d’ordinateurs portables Dell en 2006. Sony a retiré des millions de cellules. Soudain, tout le monde voulait savoir ce qui se passait en cas de panne d'une cellule lithium-ion et, plus important encore, comment l'arrêter.
Emballement thermique ou surchauffe
Les gens mélangent tout ça tout le temps. La surchauffe se produit lorsqu'une cellule devient chaude pour des raisons externes - vous l'avez laissée dans une voiture chaude, le chargeur a mal fonctionné, etc. Retirez la source de chaleur et la cellule refroidit. Problème résolu.
L’emballement thermique est une toute autre bête. Quelque chose tombe en panne à l'intérieur de la cellule-peut-être que le séparateur est perforé, peut-être qu'un défaut de fabrication crée un court-circuit doux-et la cellule commence à générer sa propre chaleur. Cette chaleur accélère la dégradation chimique, ce qui génère davantage de chaleur, ce qui accélère encore davantage la dégradation. C'est une boucle de rétroaction. Au moment où vous le remarquez, il est déjà trop tard pour arrêter.
La cellule finit par évacuer des gaz chauds et des flammes, parfois violemment. Dans une batterie, une cellule qui s'emballe peut cuire ses voisines et déclencher une réaction en chaîne. C'est pourquoi la protection thermique existe.
La pile de protection
Ouvrez une cellule cylindrique et regardez le top cap. Vous y trouverez plusieurs appareils empilés, chacun conçu pour détecter les problèmes à différentes étapes.
CTP
L'appareil PTC (coefficient de température positif) est votre première ligne. Il s'agit essentiellement d'une plaquette de polymère chargée de particules conductrices. Températures normales, faible résistance, le courant circule bien. Obtenez une température supérieure à 80 degrés environ et le polymère gonfle, les particules se séparent, la résistance monte en flèche. Le courant tombe à presque rien.
Ce que j'aime dans les PTC, c'est qu'ils se réinitialisent. Refroidissez la cellule, elle fonctionne à nouveau. Idéal pour attraper les shorts externes qui disparaissent rapidement.
Ce que je n'aime pas, c'est la façon dont ils se comportent dans les chaînes en série. Nous avons appris cela à nos dépens lors des tests de packs il y a quelques années. Le PTC d'une cellule s'est déclenché, mais avec une chaîne de 48 V derrière elle, la tension a juste traversé un arc. La protection qui fonctionne parfaitement au niveau des cellules ne s'adapte pas toujours au niveau du pack.
Arrêt du séparateur
Le séparateur est cette fine membrane qui maintient vos électrodes séparées tout en laissant passer les ions lithium. Dans un séparateur à l'arrêt, le matériau ramollit à environ 130 degrés et les pores se referment. Pas de transport d'ions, pas de réaction électrochimique, pas de courant.
Les conceptions multicouches -couche intérieure en PE et couche extérieure en PP-vous offrent une marge supplémentaire. Le PE arrête le flux d'ions tandis que le PP maintient tout séparé mécaniquement un peu plus longtemps. Cela nous a acheté peut-être 10 à 15 secondes supplémentaires lors des tests d'abus avant le développement de courts métrages internes.
Une chose à retenir : les séparateurs ne reviennent pas. Si une cellule est devenue suffisamment chaude pour déclencher l’arrêt, cette cellule est terminée. Remplacez-le.
Numéro d'identification client
Le dispositif d'interruption de courant répond à la pression et non à la température. Lorsque les choses commencent à se décomposer à l’intérieur, elles génèrent du gaz. Le CID est constitué de deux disques minces-soudés ensemble qui se séparent lorsque la pression interne devient suffisamment élevée-quelque part autour de 1 MPa selon la conception.
Il s’agit d’une déconnexion permanente. Au moment où une cellule génère autant de gaz, elle est déjà endommagée et ne peut plus être utilisée. Vous voulez qu'il soit hors du circuit.
Évent
Dernier recours. Si la pression continue d'augmenter après l'activation du CID, le disque de ventilation se rompt et laisse les gaz s'échapper. Les substances qui en sortent sont inflammables et toxiques, mais une ventilation contrôlée évite une rupture incontrôlée. Nous avons tous vu des vidéos de cellules explosant comme des pétards -c'est ce qui se produit sans une ventilation adéquate.
La couche BMS
La protection au niveau des cellules- gère les pannes rapides. Le système de gestion de la batterie gère tout le reste :-surveillance des températures du pack, limitation des taux de charge lorsque les choses se réchauffent, déconnexion des contacteurs si les lectures des capteurs sortent de la plage.
Les deux systèmes se complètent. Le BMS détecte les-problèmes à développement lent qu'une bonne gestion thermique peut éviter. Les appareils au niveau des cellules- détectent les défaillances internes rapides que les capteurs de surface ne peuvent pas détecter à temps.
La chimie fait la différence
Tous les lithium-ions ne sont pas égaux en matière de stabilité thermique. Vos produits chimiques à base de cobalt--LCO, NMC-offrent une grande densité énergétique, mais ils sont thermiquement sensibles. La liaison cobalt-oxygène se décompose à des températures élevées et libère de l'oxygène qui alimente la réaction.
La LFP est plus indulgente. La structure du phosphate de fer-résiste mieux aux contraintes thermiques. Vous disposez de plus de marge entre le fonctionnement normal et la zone dangereuse. Mêmes dispositifs de protection, mais ils ne fonctionnent pas aussi près du bord.
C'est en grande partie pourquoi LFP a pris le relais dans la manutention. Les chariots élévateurs ont une vie difficile :-charge rapide, variations de température et abus occasionnels. Vous voulez une alchimie qui peut le supporter. Tous les packs Polinovel sont construits avec des cellules LFP exactement pour cette raison.
