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Il Pericolo Nascosto del Thermal Runaway nelle Batterie per EV

Il Pericolo Nascosto del Thermal Runaway nelle Batterie per EV

L’esplosione del mercato dei veicoli elettrici (EV) ha acceso i riflettori sulla sicurezza delle batterie, specialmente riguardo al “Thermal Runaway”. Questo fenomeno, potenzialmente pericoloso tanto sulle strade quanto durante l’assemblaggio dei pacchi batteria, richiede soluzioni innovative per un monitoraggio efficace e una gestione ottimale. In questo articolo, esploriamo i rischi del Thermal Runaway e come le moderne tecnologie, come quelle proposte da Giakova – azienda di riferimento in Italia nella vendita di strumenti di misura, stiano aiutando i progettisti e System Integrator ad affrontarli.

Il Dilemma dei Progettisti e System Integrator

Durante l’assemblaggio dei pacchi batteria, si utilizzano celle con un livello di carica moderato per ridurre i rischi associati all’uso di celle completamente scariche. Tuttavia, adottare solo questa precauzione non è sufficiente per prevenire tutte le potenziali criticità.

Infatti, l’inevitabile discrepanza nei livelli di carica delle celle connesse in serie o parallelo, potrebbe innescare delle correnti causa di fenomeni indesiderati.

Il primo risultato potrebbe essere l’innalzamento della temperatura dell’assemblato e il conseguente abbassamento del livello di tensione, che potrebbe portare ad un aumento del flusso della corrente circolante.

Questa sequenza di eventi rischia di evolversi in una pericolosa reazione a catena, il temuto “Thermal Runaway”.

I Rischi del Thermal Runaway

Il “Thermal Runaway”, conosciuto anche come deriva termica, rappresenta un fenomeno critico nel settore delle batterie, sia durante l’assemblaggio dei pacchi batteria che durante la carica delle stesse. Questo processo inizia con un aumento di temperatura in una cella, che causa una riduzione della tensione e che si protrae con un ulteriore incremento della corrente.

La combinazione di questi fattori può provocare un aumento drastico della temperatura, con il potenziale rischio di generare un incendio e di compromettere l’integrità dell’intero pacco batterie, se non peggio.

Di conseguenza, nel mondo della progettazione e assemblaggio dei pacchi batterie, così come nel contesto della gestione della carica, l’equilibrio tra performance e sicurezza è cruciale.

La Soluzione: Monitoraggio Efficace della Temperatura

La chiave per prevenire il Thermal Runaway è un monitoraggio preciso e costante della temperatura, tramite un moderno BMS (Battery Management System). Questo sistema garantisce protezione elettrica, evitando un uso della batteria fuori dalla sua zona SOA (Safe Operating Area), e protezione termica, controllando attivamente o passivamente la temperatura per mantenerla nella sua zona SOA.

In genere, può essere utile prevedere anche un Battery Thermal Management System (BTMS) per mantenere la temperatura delle batterie all’interno di una gamma ottimale, grazie a degli appositi sistemi di gestione termica. In questo modo si evitano surriscaldamenti o condizioni troppo fredde che potrebbero compromettere le prestazioni e la durata della batteria.

Sebbene il Battery Management System (BMS) svolga un ruolo cruciale nel monitorare lo stato delle celle, durante l’assemblaggio il BMS potrebbe non essere ancora operativo. Qui entrano in gioco altri strumenti di supporto che aiutano progettisti e System Integrator a evitare complicazioni.

Giakova e gli strumenti di supporto innovativi

Le termocamere fisse sono sicuramente degli strumenti cruciali per i produttori di EV, permettendo il monitoraggio continuo delle temperature durante l’assemblaggio dei pacchi batteria per prevenire il Thermal Runaway.

Le termocamere della serie A di Flir proposte da Giakova, con configurazione Advanced Smart Sensor, rappresentano un’evoluzione notevole in questo ambito. Dotate della configurazione Advanced Smart Sensor, sono l’ideale per essere installate direttamente sulle linee di produzione e monitorate a distanza. Attraverso l’interfaccia di controllo online, è possibile monitorare simultaneamente diverse regioni di interesse e impostare allarmi con soglie di temperatura definite, fornendo così un livello di reattività elevato in caso di anomalie.

L’impiego di termocamere estende la sicurezza anche a parcheggi e aree di ricarica, dove sistemi di allarme antincendio (Early Fire Detection – EFD) monitorano le temperature dei veicoli in ricarica per un intervento rapido in caso di anomalie.

Flir A70 – 29 Science Kit rappresenta ad esempio una soluzione efficace per il monitoraggio termico sia in ambienti produttivi che in aree di ricarica, contribuendo significativamente alla prevenzione dei rischi associati al Thermal Runaway.

L’Importanza dell’Isolamento nelle Batterie Li-ion

Uno dei principali motivi degli incendi nei prodotti che utilizzano batterie agli ioni di litio è il continuo gonfiarsi del materiale dell’elettrodo negativo (come la grafite o il silicio misto) dopo ripetuti cicli di ricarica. Questo riduce la distanza tra gli elettrodi positivo e negativo, aumentando il rischio di cortocircuiti interni. Pertanto, è essenziale effettuare test di isolamento adeguati a verificare la distanza tra gli elettrodi, piuttosto che limitarsi a misurare la resistenza di isolamento.

Chroma 11210 + Flash Test per l’ispezione della qualità dell’isolamento delle batterie Li-ion
Chroma 11210 + Flash Test per l’ispezione della qualità dell’isolamento delle batterie Li-ion

Il BATTERY CELL INSULATION TESTER 11210 di Chroma, proposto da Giakova, rappresenta una soluzione avanzata in questo contesto. Questo strumento utilizza una tecnologia esclusiva di rilevamento del flashover elettrico e una funzione di test flash + integrata per le batterie agli ioni di litio. Questo permette di rilevare l’adeguatezza della distanza di isolamento prima del riempimento dell’elettrolito e di individuare eventuali perdite di corrente.

L’obiettivo è ridurre il rischio di incendi delle batterie agli ioni di litio e garantire che i prodotti con potenziali difetti di isolamento non avanzino nella catena di produzione o vengano immessi sul mercato.

Conclusione

L’evoluzione dell’industria dei veicoli elettrici è un cammino entusiasmante che promette una rivoluzione nel nostro modo di spostarci, tuttavia, porta con sé sfide critiche in termini di sicurezza, in particolare per quanto riguarda il Thermal Runaway.

Grazie all’esperienza, alla tecnologia avanzata e alle capacità di problem solving di aziende come Giakova, stiamo compiendo passi da gigante verso la mitigazione di tali rischi. Le soluzioni innovative come le termocamere fisse e i sistemi di gestione delle batterie moderni non solo aumentano la sicurezza durante la produzione, ma estendono questa salvaguardia anche agli ambiti di utilizzo quotidiano, come i parcheggi e le aree di ricarica.

Il monitoraggio accurato e tempestivo della temperatura, abbinato a sistemi di allarme efficaci, rappresenta una linea di difesa robusta contro le potenziali minacce del Thermal Runaway. Con l’adozione continua di tali tecnologie, l’industria dei veicoli elettrici si sta avviando verso un futuro in cui la sicurezza e l’efficienza convergono, contribuendo a realizzare l’obiettivo di una mobilità elettrica più sostenibile e responsabile.

Ivan Scordato
progettista elettrico e appassionato di nuove tecnologie. Scrive articoli di approfondimento tecnico e conosce anche tecniche SEO per la scrittura su web.