Mencegah Pelarian Termal pada Baterai

Ancaman terbesar bagi baterai adalah pelepasan panas, yaitu panas yang dihasilkan melebihi laju pembuangannya, sehingga memicu serangkaian reaksi eksotermik. Hal ini dapat menyebabkan kebakaran dan kegagalan baterai total, sehingga mempengaruhi komponen kendaraan lainnya. Untuk mencegah dan menahan pelepasan panas, desain baterai dilengkapi bantalan kompresi, penutup modul, dan selubung baterai. Bantalan kompresi ditempatkan di antara sel untuk mencegah perambatan panas, sementara modul membungkus sel-sel kelompok untuk menampung pelepasan panas di dalam modul. Terakhir, modul-modul ini ditempatkan dalam wadah baterai untuk melindungi bagian lain kendaraan dari efek termal yang tidak terkendali.

Desain Penutup Baterai

Penutup baterai kendaraan listrik sangat bervariasi dalam desain, bentuk, dan ukuran, bergantung pada jenis baterai, persyaratan pendinginan, distribusi modul, dan aplikasi. Secara umum, enclosure modul terdiri dari:

1. Perumahan dasar,

2. Selubung luar,

3. Pelat sambungan yang menghubungkan komponen internal dan eksternal,

4. Katup buang untuk keseimbangan tekanan atau pelepasan gas selama pelarian termal.

Pemilihan Bahan untuk Penutup Baterai

Bahan yang digunakan untuk penutup baterai harus memiliki kinerja termal yang tinggi, sifat mekanik yang baik, dan ringan. Secara tradisional, aluminium dan baja lebih disukai karena ketahanan panasnya dan kesesuaiannya untuk produksi massal. Namun, massa material logam tidak dapat dikontrol dengan baik, terutama untuk kendaraan hibrida dan listrik, karena massa kendaraan yang lebih rendah berarti kepadatan energi yang lebih tinggi dan jangkauan yang lebih jauh. Saat ini, baterai dapat menyumbang hingga 50% dari total massa kendaraan.

Bahan Komposit

Material komposit menawarkan alternatif yang lebih ringan dan berpotensi mengungguli logam dalam banyak aspek, meskipun material tersebut lebih kompleks dan mahal. Misalnya, casing polimer yang diperkuat serat karbon yang dikembangkan untuk klien motorsport menggantikan casing aluminium berbobot 6,7 kg (14,8 lbs) dengan casing komposit yang berbobot hanya 616 gram (1,35 lbs), sehingga menghasilkan pengurangan berat sebesar 91%. Prepreg termoset serat karbon digunakan karena kinerja termal dan mekanisnya yang tinggi. Serat karbon memberikan kekuatan dan kekakuan, sementara sistem resin bermutu tinggi, seperti epoksi, sudah diresapi sebelumnya. Namun, proses penyimpanan manual, waktu pengeringan yang lama, dan ketergantungan pada autoklaf membatasi produksi wadah baterai prepreg.

Keuntungan lain dari material komposit adalah kemampuannya untuk mengoptimalkan orientasi serat untuk memenuhi kebutuhan beban spesifik setiap penutup baterai. Analisis elemen hingga (FEA) banyak digunakan dalam proses desain untuk menentukan arah serat dan jumlah lapisan yang diperlukan, memastikan kekakuan dan kekuatan tinggi sekaligus menjaga bobot ringan. Sifat isotropik logam masih memberikan keuntungan, sering digunakan di sekitar sambungan baut untuk memberikan kekuatan dan kekakuan tambahan. Perangkat lunak seperti Hypermesh dan Optistruct mensimulasikan material komposit anisotropik pada penutup baterai.

Insulasi listrik

Isolasi listrik adalah pertimbangan lain ketika mengembangkan penutup baterai. Karena serat karbon bersifat konduktif, lapisan serat kaca diintegrasikan ke dalam laminasi untuk mengisolasi komponen elektronik tertentu.

Sertifikasi

Untuk memastikan kinerja termal baterai dan penutupnya, baterai dan penutupnya harus lulus berbagai uji keselamatan dan standar sertifikasi. Standar pertama adalah UN38.8, yang menjamin keamanan baterai litium selama pengangkutan melalui delapan pengujian, termasuk simulasi ketinggian, pengujian termal, getaran, guncangan, korsleting eksternal, benturan dan benturan, pengisian daya berlebih, dan pelepasan paksa. Baterai juga memerlukan sertifikasi di bawah ECE R100 REV2, yang menguraikan pengujian yang diperlukan untuk baterai litium yang dipasang pada kendaraan listrik roda empat untuk mengangkut orang atau barang. Dalam penerbangan, standar lain seperti DO311A dan DO160G harus dipertimbangkan.

Simulasi Termal Baterai

Untuk penutup baterai, material komposit harus memenuhi standar keamanan mudah terbakar UL94, yang melibatkan beberapa uji pembakaran permukaan, vertikal, dan horizontal. Nyala api yang terkendali diterapkan pada material beberapa kali selama periode tertentu, dan waktu pembakaran material yang terus berlanjut, serta bukti adanya tetesan terbakar atau menyala, menentukan apakah material tersebut memenuhi peringkat V0, V1, atau V2 UL94. Semakin cepat nyala api padam, semakin kuat ketahanan materialnya, dengan V0 sebagai nilai tertinggi, padam dalam waktu 10 detik tanpa tetesan api.