Los incendios de vehículos, sea el que sea el sistema de propulsión que los impulsa, no son ni mucho menos frecuentes. Esto es así porque los fabricantes trabajan para asegurarse de que no ocurran y de que, en el caso de producirse, a sus ocupantes les dé tiempo a abandonarlo. En los vehículos eléctricos, la existencia de una batería de alto voltaje obliga a que los sistemas de seguridad sean mucho más sofisticados. En caso de fallo, las reacciones químicas que se producen en su interior pueden elevar la temperatura, desatando una fuga térmica que puede provocar un incendio.
Para los fabricantes de baterías, la seguridad es el primer criterio a la hora de diseñarlas. Un método clave para detener la propagación de un incendio en el interior de las baterías es la aplicación de materiales de protección pasiva contra incendios. Se trata de elementos seleccionados por su alta resistencia al fuego durante el mayor tiempo posible.
Las baterías tradicionales constan de varias celdas que se reúnen para formar un módulo. Estos, as su vez, se combinan en el interior de habitáculo de la batería para formar el paquete. Los materiales de protección se pueden aplicar alrededor del paquete, en su interior, debajo de la tapa, alrededor de los módulos y entre las celdas. Muchos fabricantes utilizan una combinación de estas opciones para brindar la mejor protección posible.
La tecnología 'cell to pack'
Sin embargo, en la búsqueda de una mayor eficiencia del empaquetamiento, la tendencia de la industria ha sido la eliminación de estos módulos. El resultado es un aumento del espacio disponible para el material activo, mejorando la densidad de energía, reduciendo la complejidad del conjunto y, por lo tanto, su coste. El interior de la batería estará ocupado por celdas en lugar de otros componentes que no almacenan energía.
La investigación de la consultora IDTechEx asegura que los materiales de las baterías diferentes a las celdas, se han reducido en más del 50% desde 2015 gracias a la optimización de los materiales y del empaquetamiento. Un cambio clave que tiene su culminación en el diseño cell to pack. Este ha sido implementado por fabricantes tan importantes como BYD, CATL y Tesla es una tendencia que, con mucha probabilidad será la que esté presente en todas las baterías del fututo.
Protección contra incendios en una batería CTP
Si bien la arquitectura es mucho más simple, cabe preguntarse cómo afecta esto a la seguridad contra incendios. Al no haber grupos de celdas separadas unos de otros, si en una de ellas se produce una fuga térmica, ¿qué impide que se propague por todo el paquete? Si bien todavía es posible aplicar materiales ignífugos debajo de la tapa o recubrir el recinto, si la fuga térmica se propaga por todas las celdas, estos sistemas de protección tendrán muchas más dificultades para cumplir su misión.
El objetivo de los diseñadores de baterías es encontrar un material que pueda colocarse entre las celdas y evite que un evento de fuga térmica se propague entre ellas. El material buscado debe ofrecer una baja conductividad térmica y una fuerte resistencia a la llama. Además debe ser compatible con la mejora de la densidad de energía y la reducción de costes.
Una metodología clave para lograr todos estos objetivos es reemplazar los materiales activos por otros que, además de esa función, brinden protección contra incendios. Otra preocupación es el manejo de los materiales; la mica o las mantas cerámicas son quebradizos o polvorientos.
Por lo tanto, estos materiales deben ser térmica y eléctricamente aislantes, livianos, adaptables, fáciles de trabajar, de bajo coste y que brinden protección contra incendios. Si bien parece una tarea compleja, hay varias opciones disponibles.
Uno de ellos son los aerogeles. Si bien han tenido problemas del manejo, los proveedores de materiales los están encapsulando para evitar este inconveniente. Otro material que está siendo utilizado son las espumas encapsuladas que se pueden dispensar fácilmente expandiéndose y ayudando a proporcionar una estructura alrededor de las celdas que cumpla con todas las propiedades indicadas anteriormente.
Una tercera opción es reemplazar directamente las almohadillas de compresión que se usan normalmente entre las celdas tipo bolsa por otras que incluyen aditivos de protección contra incendios. Finalmente, hay una última alternativa, como el empleo de soportes de celdas hechos de materiales intumescentes que se hinchan evitando la propagación del incendio y, al mismo tiempo, proporcionando un marco estructural para las celdas.
Las normas de seguridad
La regulación es un factor clave para la seguridad. China fue uno de los primeros países en adoptar una regulación específica para la fuga térmica estableciendo un tiempo de cinco minutos para advertir a los ocupantes de vehículos de un evento térmico. Una norma que todavía no se ha aplicado en otras regiones, pero que los fabricantes han comenzado a implementar en sus diseños, junto con otros requisitos, con el objetivo de adelantarse a futuras regulaciones y mejorar la seguridad general.
En 2022 fue el mercado de La India el que estableció una serie de ajustes, que entraron en vigor en octubre, para obligar a la utilización únicamente de celdas aprobadas, a indicar las características de diseño de la batería y a regular el espacio entre celdas.
Lo que actualmente no incluye ninguna normativa son los requisitos para evitar la propagación térmica entre las celdas. Las regulaciones se dirigen a lograr que el fuego abandone el paquete que en, última instancia, es la preocupación clave para la seguridad humana. Sin embargo, una regulación centrada en el control de la propagación entre celdas o entre módulos ahorraría costes de producción para los fabricantes y de mantenimiento para los propietarios al proteger el resto de las celdas y el paquete completo de la batería.
En su informe, IDTechEx predice un crecimiento de la demanda anual de materiales de protección contra incendios en 2033 de hasta 13 veces la de 2022. Teniendo en cuenta el crecimiento del mercado de vehículos eléctricos, esto se traduce en grandes necesidades de materiales en la próxima década lo que abre la puerta a nuevas líneas de negocio.
El informe “Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2023-2033” analiza los diseños y los materiales para baterías que actualmente están en el mercado, así como el impacto que tendrán otros diseños de baterías emergentes.