¿Por qué se incendian los patinetes eléctricos?

Los incendios eléctricos o los incendios del paquete de baterías se producen debido a la fuga térmica, que tensiona el paquete de baterías y hace que explote.

Las baterías son una maravilla atemporal de la química y la ingeniería. Ser capaz de llevar el poder de Zeus en el bolsillo no es poca cosa, ¡y las baterías nos permiten hacer precisamente eso! Con la movilidad eléctrica en aumento, la tecnología de baterías solo está lista para aumentar. Sin embargo, las baterías de los scooters todavía representan un desafío. Con los incendios de vehículos eléctricos en algunas partes del mundo, este problema exige una explicación.

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¿Por qué los patinetes eléctricos a veces se incendian?

Antes de sacar conclusiones precipitadas, no deje que esta afirmación generalizada lo asuste. Los patinetes eléctricos y los vehículos en general no se incendian muy a menudo. El paquete de baterías moderno que alimenta los vehículos eléctricos tiene muchas características de seguridad que evitan que se incendie.

Sin embargo, los incendios representan un peligro real con algunos paquetes de baterías defectuosos, como se ha observado en algunas regiones. El motivo de estos incendios se conoce como fuga térmica, en lenguaje científico.

¿Qué es la fuga térmica?

Antes de comenzar, veamos un fenómeno común que todos hemos experimentado en algún momento. Si tu smartphone tiene un cuerpo metálico, sentirás que se calienta después de un uso constante. Por otro lado, el cuerpo metálico se calentará incluso cuando el teléfono se esté cargando y no esté en uso. Entonces, ¿por qué trazamos paralelismos entre los vehículos eléctricos y los teléfonos inteligentes?

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La sección transversal de las baterías de iones de litio muestra el movimiento de los electrones durante la carga y la descarga (Crédito de la foto: Naeblys/Shutterstock)

La mayoría de los dispositivos portátiles de hoy en día, incluidos los vehículos eléctricos y los teléfonos inteligentes, se construyen alrededor de la batería de iones de litio. Entre las características más favorables de esta batería se encuentran su construcción compacta, la ausencia de electrolitos líquidos y la alta densidad de energía. Esa alta densidad de energía, sin embargo, es también su mayor desventaja.

Cuando se carga una celda de iones de litio, se produce una reacción endotérmica, por lo que el sistema absorbe calor. Por otro lado, el sistema libera calor durante la descarga de la celda, ya que la reacción química es exotérmica. Si este calor no se elimina del sistema de manera efectiva, el resultado es un sistema inestable. Una celda inestable inicia una reacción en cadena, envolviendo a las celdas vecinas en la batería, lo que a menudo provoca explosiones e incendios. Esto se conoce como fuga térmica.

¿Cómo se puede prevenir la fuga térmica?

Para evitar la fuga térmica en los paquetes de baterías, es importante reducir la carga en el sistema. La carga de la batería no se limita únicamente a ciclos de carga y descarga abusivos. También incluye tensiones mecánicas, como compresión y vibración. Por lo tanto, la clave para reducir el riesgo de fuga térmica radica en una gestión sólida de la batería, junto con una disipación de calor adecuada y el aislamiento físico del paquete de baterías.

Sistemas de gestión de baterías

Para evitar la fuga térmica, los paquetes de baterías están equipados con un sistema de administración de baterías que monitorea cada celda en busca de signos vitales irregulares, como un aumento de la temperatura.

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Los sistemas de administración de baterías protegen el paquete de baterías de regímenes de carga abusivos y evitan el desbordamiento térmico cortándolo en caso de coacción (Crédito de la foto: Lipik Stock Media/Shutterstock)

En caso de que ocurra algo extraordinario, el BMS aísla la celda del paquete de batería restante y reduce el rendimiento del dispositivo. Si todo el paquete de baterías se vuelve inestable, el BMS activa un corte para evitar que se sobrecargue.

Disipación de calor en paquetes de baterías

La disipación de calor en los paquetes de baterías se puede hacer de varias maneras que son muy similares a las que se usan en los motores de combustión interna. El primero es el uso de enfriamiento por aire, donde el paquete de baterías depende del movimiento de los vehículos para entrar en contacto con el aire ambiente frío.

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La refrigeración líquida es una forma deseable pero voluminosa de enfriar los paquetes de baterías de los scooters (Crédito de la foto: P5h/Shutterstock)

Este proceso también puede acelerarse mediante el uso de un ventilador. Otro método consiste en incluir una camisa de refrigeración líquida alrededor del paquete de baterías. Esto es muy similar a los automóviles, donde un refrigerante circula a través del motor y vierte el calor en el radiador.

Material de la carcasa del paquete de baterías

Los paquetes de baterías constan de muchas celdas conectadas entre sí para maximizar el voltaje y la capacidad de salida. Sin embargo, no pueden almacenarse a la vista con otros componentes móviles y, por lo tanto, deben guardarse en una caja fuerte dentro del chasis del vehículo. Dado que los paquetes de baterías se calientan durante el proceso de carga y descarga, es ventajoso tener una carcasa que pueda alejar el calor de ellos.

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El aluminio y los plásticos son opciones populares para las carcasas de las baterías (Crédito de la foto: petrmalinak/Shutterstock)

Al mismo tiempo, debe ser lo suficientemente resistente para hacer frente a las irregularidades climáticas y de la superficie de la carretera en la región a la que sirve. Por lo tanto, las opciones populares incluyen plásticos y metales. Si bien los plásticos son estructuras rígidas y livianas, son malos conductores del calor. El metal, si bien es un buen conductor del calor, puede ser bastante voluminoso y costoso.

¿Cómo afecta esto al diseño de los patinetes eléctricos?

Un scooter tiene varias limitaciones de diseño y costo debido a su arquitectura compacta, liviana y asequible. Si bien la refrigeración líquida y las carcasas metálicas de las baterías son deseables por sus propiedades de refrigeración superiores, son bastante voluminosas. Por lo tanto, depender de carcasas de batería de plástico y aluminio, junto con el enfriamiento por el aire circundante, es la única solución viable en la actualidad.

Scooter eléctrico con estación de carga en una calle de la ciudad

La construcción elegante de los scooters eléctricos presenta varias limitaciones de diseño y dificulta gravemente las capacidades de refrigeración (Crédito de la foto: petrmalinak/Shutterstock)

En las regiones tropicales, donde la temperatura ambiente es bastante alta, se transfiere muy poco calor del paquete de baterías, lo que acelera la fuga térmica. Los sistemas de gestión de batería integrados a veces no inician un corte, lo que provoca que los picos de temperatura empeoren y provoquen un incendio.

¿Qué se puede hacer para prevenir incendios de vehículos eléctricos?

Los incendios que surgen de los paquetes de baterías de iones de litio son notoriamente difíciles de apagar. Por lo tanto, los fabricantes deben probar rigurosamente sus baterías y los sistemas asociados para evitar la fuga térmica. Algunos de estos incluyen advertencias de sobrecalentamiento y cortes que aíslan el paquete de baterías para evitar que se cargue más.

Sobrecarga y Sobredescarga

La mayoría de los dispositivos eléctricos modernos tienen cortes integrados en el sistema para proteger las baterías de regímenes de carga y descarga abusivos (Crédito de la foto: Dn Br/Shutterstock)

Como usuarios finales, hay algunas cosas que podemos hacer para mantenernos seguros. Entre las cosas más importantes está monitorear el estado de carga de los vehículos y no sobrecargarlos. Otra es abstenerse de utilizar modos de conducción que carguen excesivamente la batería a cambio del rendimiento, cuando se conduce en condiciones de temperatura inferiores a las óptimas.

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