Jak zabezpieczyć akumulatory litowo-jonowe w samochodach elektrycznych przed pożarem za pomocą materiałów ogniotrwałych

Akumulatory litowo-jonowe zasilają wiele współczesnych urządzeń — od smartfonów po pojazdy elektryczne (EV). Ich powszechne stosowanie zwróciło jednak uwagę na kwestie bezpieczeństwa, zwłaszcza na ryzyko ucieczki termicznej — reakcji łańcuchowej, w której wewnętrzne przegrzanie może doprowadzić do zapłonu i intensywnego, trudnego do ugaszenia pożaru.

Najnowsze tendencje wskazują na wzrost liczby pożarów akumulatorów litowo-jonowych. W samej Wielkiej Brytanii straż pożarna odnotowała w 2023 roku wzrost liczby takich pożarów o 46% w porównaniu z rokiem poprzednim. Zdarzenia te dotyczyły między innymi rowerów elektrycznych, hulajnóg elektrycznych i pojazdów elektrycznych. Podkreśla to pilną potrzebę stosowania zaawansowanych środków bezpieczeństwa, które pozwolą skutecznie ograniczać te zagrożenia.

Jak materiały ogniotrwałe przerywają reakcję łańcuchową

Ucieczka termiczna występuje, gdy uszkodzenie lub zwarcie w akumulatorze litowo-jonowym uruchamia samonapędzający się cykl wydzielania ciepła i reakcji chemicznych, który może doprowadzić do pożaru lub wybuchu. W pakietach akumulatorowych pojazdów elektrycznych (EV), składających się z wielu połączonych elektrycznie małych ogniw, awaria jednego ogniwa może szybko objąć cały pakiet, jeśli jej skutki nie zostaną odpowiednio ograniczone.

Materiały ogniotrwałe odgrywają istotną rolę w ograniczaniu skutków ucieczki termicznej dzięki wysokiej odporności na temperaturę oraz tworzeniu fizycznych barier, które ograniczają rozprzestrzenianie się ciepła i płomieni. Poprawiają bezpieczeństwo pożarowe, spowalniając przenoszenie się ucieczki termicznej na kolejne ogniwa i dając osobom znajdującym się w pojeździe cenny czas na ewakuację.

Choć żadna technologia nie może całkowicie zapobiec ucieczce termicznej, zastosowanie materiałów ogniotrwałych w systemach akumulatorowych pojazdów elektrycznych i instalacjach przemysłowych znacznie poprawia ograniczanie rozprzestrzeniania się pożaru oraz zarządzanie ciepłem. W tym artykule omówiono najważniejsze rozwiązania ogniotrwałe opracowane w celu zwiększenia bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych i ograniczenia skutków ucieczki termicznej w pojazdach elektrycznych oraz przemysłowych zastosowaniach magazynowych.

Najważniejsze rozwiązania ogniotrwałe do ochrony przeciwpożarowej akumulatorów litowych

Płyta izolacyjna krzemianowo-wapniowa

Zastosowanie: Płyta krzemianowo-wapniowa Vitcas doskonale nadaje się do wykładania komór akumulatorowych w pojazdach elektrycznych dzięki odporności na wysoką temperaturę i właściwościom izolacyjnym. Ta płyta izolacyjna wytrzymuje temperatury do 1100 °C i może pełnić funkcję skutecznej bariery termicznej.

Zalety:

• Płyty te zwiększają stabilność termiczną, zapobiegając przenoszeniu ciepła między ogniwami, co poprawia bezpieczeństwo i wydłuża żywotność akumulatorów w środowisku o wysokiej temperaturze.
• Płyta do zabudowy kominkowej zapewnia skuteczną izolację termiczną, zapobiegając nadmiernemu przenikaniu ciepła i zwiększając bezpieczeństwo akumulatorów.

Mata z włókien biorozpuszczalnych z folią aluminiową

Zastosowanie: Mata z włókien biorozpuszczalnych z folią aluminiową Vitcas pełni funkcję bariery termicznej w systemach akumulatorowych pojazdów elektrycznych. Rdzeń z włókien biorozpuszczalnych zapewnia izolację i odporność na skrajnie wysokie temperatury, a folia aluminiowa odbija promieniowanie cieplne. Dzięki temu mata nadaje się do umieszczania między ogniwami lub jako warstwa zewnętrzna pakietów akumulatorowych.

Zalety:

• Wytrzymuje temperatury do 1200 °C i zapobiega rozprzestrzenianiu się ciepła podczas ucieczki termicznej.
• Folia aluminiowa zwiększa zdolność odbijania promieniowania cieplnego i ograniczania rozprzestrzeniania się ciepła.
• Jest lekka, łatwa w montażu i przyjazna dla środowiska, zapewniając skuteczne zarządzanie ciepłem bez istotnego zwiększania masy.

Izolacja z powłoką aluminiową

Zastosowanie: Filc izolacyjny z powłoką aluminiową Vitcas doskonale nadaje się do owijania pakietów akumulatorowych pojazdów elektrycznych lub pojedynczych ogniw. Zapewnia dodatkową warstwę ochrony termicznej, która ogranicza rozprzestrzenianie się ciepła i zapobiega ucieczce termicznej. Warstwa folii aluminiowej stanowi dodatkową osłonę ochronną odbijającą promieniowanie cieplne.

Zalety:

• Ogranicza przenoszenie ciepła między ogniwami a otaczającymi je elementami.
• Jest lekki i elastyczny, co ułatwia montaż w niewielkich komorach akumulatorowych.
• Zwiększa bezpieczeństwo, pełniąc funkcję osłony termicznej odpornej na temperatury do 550 °C, przy czym odporność temperaturowa powłoki z folii aluminiowej wynosi 300 °C.

Ochrona przeciwpożarowa akumulatorów litowych w magazynach przemysłowych

W obiektach przemysłowych, takich jak fabryki i magazyny, ochrona przeciwpożarowa akumulatorów litowo-jonowych wymaga zastosowania różnych rozwiązań ogniotrwałych:

Płyta izolacyjna krzemianowo-wapniowa

Zastosowanie: Płyta izolacyjna krzemianowo-wapniowa Vitcas doskonale nadaje się do wykładania ścian, podłóg i sufitów w magazynach akumulatorów litowych, tworząc trwałą barierę odporną na wysoką temperaturę, która zapewnia ochronę przeciwpożarową.

Zalety:

• Zapewnia doskonałą izolację termiczną, ograniczając przenoszenie ciepła między przechowywanymi akumulatorami.
• Zachowuje integralność strukturalną w wysokich temperaturach sięgających 1100 °C, zapewniając długotrwałą niezawodność.
• Jest lekka i prosta w montażu, dzięki czemu nadaje się do indywidualnie projektowanych rozwiązań magazynowych.

Mata izolacyjna z włókien biorozpuszczalnych z folią aluminiową

Zastosowanie: Mata z włókien biorozpuszczalnych z folią aluminiową Vitcas jest przeznaczona do owijania i izolowania poszczególnych pakietów akumulatorów litowych. Zapewnia doskonałą izolację termiczną i ogranicza rozprzestrzenianie się ciepła w obrębie jednostek magazynowych.

Zalety:

• Tworzy barierę odporną na temperatury do 1200 °C, izolując pakiety akumulatorowe i ograniczając rozprzestrzenianie się ciepła.
• Warstwa folii aluminiowej odbija promieniowanie cieplne, skuteczniej ograniczając rozprzestrzenianie się ciepła i usprawniając zarządzanie nim.
• Jest lekka, elastyczna i łatwa w montażu, co pozwala efektywnie organizować przestrzeń magazynową.

Izolacja z powłoką aluminiową

Zastosowanie: Filc izolacyjny z folią aluminiową Vitcas doskonale nadaje się do owijania komór akumulatorowych lub całych jednostek magazynowych, pełniąc funkcję skutecznej osłony przed promieniowaniem cieplnym oraz izolacji termicznej. Filc izolacyjny jest odporny na temperatury do 550 °C, natomiast warstwa aluminium wytrzymuje temperatury do 300 °C.

Zalety:

• Łączy skuteczną izolację termiczną z odbijaniem promieniowania cieplnego, ograniczając gromadzenie się ciepła.
• Jest elastyczny i łatwy w montażu, dzięki czemu można go dopasować do różnych konfiguracji magazynowych.
• Jest lekki i trwały, zapewniając dodatkową warstwę ochrony termicznej systemów przechowywania akumulatorów litowych.

Wskazówka dla profesjonalistów: Odpowiedni podział jednostek magazynowych na odseparowane komory ogranicza rozprzestrzenianie się ciepła i płomieni między akumulatorami. Takie podejście zapewnia skuteczną ochronę przeciwpożarową, zwiększa bezpieczeństwo personelu i sprzętu oraz zmniejsza ryzyko szkód pożarowych w strefach przechowywania akumulatorów litowo-jonowych.

Ochrona przed ucieczką termiczną w pojazdach elektrycznych

Bariery termiczne

Aby uzyskać kompleksową ochronę, połącz matę z włókien biorozpuszczalnych z wykładzinami ogniotrwałymi, takimi jak mata do owijania przewodów spalinowych z powłoką aluminiową, tworząc bariery termiczne w komorach akumulatorowych. Bariery te pomagają ograniczyć przenoszenie ciepła między ogniwami, dając osobom znajdującym się w pojeździe lub magazynie dodatkowy czas na bezpieczną ewakuację w razie pożaru akumulatora litowo-jonowego.

Uszczelnianie szczelin

Prawidłowe uszczelnienie zapobiega rozprzestrzenianiu się pożaru akumulatorów litowych wewnątrz pakietu. Nowe, innowacyjne rozwiązania koncentrują się na tworzeniu szczelnej obudowy, która nie przepuszcza wody i zapobiega zwarciom. Wymaga to starannego zaprojektowania powierzchni uszczelniającej pakietu akumulatorowego, która musi być dopasowana do konstrukcji obudowy i pierścienia uszczelniającego. Kluczowe znaczenie ma więc precyzyjna obróbka górnej pokrywy i dolnej części obudowy akumulatora. Ponadto nałożenie na łączone elementy metalowe środka uszczelniającego, takiego jak klej Vitcas CFA, oraz zastosowanie uszczelek dociskowych z odpowiednich materiałów, takich jak guma EPDM, pomaga utrzymać szczelną i odporną na wysoką temperaturę barierę termiczną.

Nowe trendy w projektowaniu zabezpieczeń pojazdów elektrycznych

Producenci coraz częściej uwzględniają innowacyjne materiały w projektach zabezpieczeń akumulatorów, w tym:

Podkładki kompresyjne:

• Podkładki kompresyjne zapewniają podparcie konstrukcyjne i ochronę przeciwpożarową ogniw typu pouch. Utrzymują połączenia termiczne i elektryczne w pakietach akumulatorów litowo-jonowych, a jednocześnie umożliwiają rozszerzanie się ogniw podczas ładowania lub w skrajnych temperaturach. Badania wskazują, że stosowanie niskiego lub średniego ciśnienia docisku, od 0,08 MPa do 0,4 MPa, może wydłużyć żywotność akumulatora dzięki korzystnemu wpływowi na procesy starzenia. W połączeniu z odpornymi na wysoką temperaturę, niepalnymi warstwami podkładki kompresyjne zwiększają również bezpieczeństwo, tworząc izolację ograniczającą przenoszenie się ucieczki termicznej — co ma kluczowe znaczenie w dużych pakietach akumulatorowych pojazdów elektrycznych podatnych na przegrzanie. Ta dodatkowa ochrona pomaga ograniczać ryzyko i chronić osoby znajdujące się w pojeździe.

Pianki do enkapsulacji:

• Pianki do enkapsulacji zapewniają lekką izolację termiczną oraz integralność strukturalną pakietów ogniw cylindrycznych. Chronią ogniwa akumulatorowe przed wstrząsami, ograniczają przenoszenie ciepła i pomagają zapobiegać ucieczce termicznej. Powszechnie stosowane materiały to silikon zapewniający odporność na wysoką temperaturę, żywica epoksydowa zapewniająca mocne połączenie oraz poliuretan umożliwiający uzyskanie bardziej miękkiej i ekonomicznej izolacji. Każdy z tych materiałów dobiera się do określonych wymagań użytkowych.

Podsumowanie: bezpieczniejsza przyszłość pojazdów elektrycznych

Postęp w dziedzinie materiałów ogniotrwałych zmienia podejście do bezpieczeństwa akumulatorów pojazdów elektrycznych, pozwalając ograniczać zagrożenia związane z pożarami akumulatorów litowo-jonowych. Rozwiązania takie jak mata z włókien biorozpuszczalnych, płyta do zabudowy kominkowej i mata do owijania przewodów spalinowych z powłoką aluminiową umożliwiają producentom pojazdów elektrycznych tworzenie bardziej wytrzymałych i bezpiecznych systemów akumulatorowych.

Takie kompleksowe podejście oparte na materiałach ogniotrwałych usprawnia zarządzanie ciepłem i zwiększa bezpieczeństwo akumulatorów, budując zaufanie do technologii pojazdów elektrycznych i wspierając zrównoważony transport. Wdrażając najnowocześniejsze środki bezpieczeństwa, branża pojazdów elektrycznych wyznacza nowe standardy i toruje drogę do bardziej ekologicznej i bezpiecznej przyszłości transportu.