L’ingegnoso sistema di sicurezza della Samsung per le batterie della BMW i3

La BMW i3 monta delle batterie composte di 96 celle Samsung SDI da 94Ah.

Questo brevetto (US 2014/0113166 A1  del  2014) della Samsung illustra il sistema di sicurezza incorporato nelle batterie, destinato a prevenirne il surriscaldamento in caso di corto circuito, chiamato “NSD” (Nail Safey Device).

L’aspetto ingegnoso dell’invenzione è che in realtà il sistema ha una triplice funzione:

1. protezione da corto circuito
2. riscaldamento controllato delle celle
3. rilevamento della temperatura delle celle

Tutte e tre le funzionalità sono implementate dallo stesso componente della cella, una termo-resistenza sottile quanto un foglio di carta (pochi micron) e ampia quanto l’intera parete della cella (visibile in figura); a seconda di come il BMS gestisce tale foglio, esso può:

1. cortocircuitare esternamente la cella, in modo da far dissipare il calore su una superficie più ampia ed esterna alla cella, evitando così il surriscaldamento dell’elettrolita e la sua possibile ignizione;
2. esere riscaldato da una corrente esterna in modo da portare la cella a una temperatura adeguata per ricarica e utilizzo, in caso di clima freddo;
3. fornire al BMS la lettura della temperatura della cella.

 

La prima funzione permette di attenuare la possibilità di deriva termica della cella in caso di problemi: un grosso problema di certe batterie al litio, infatti, è che quando superano una certa temperatura iniziano ad “autoalimetarsi”, ossia il superamento di una certa temperatura innesca un ulteriore aumento di temperatura (thermal runway) , finchè inizia a liberarsi ossigeno dall’elettrolita, che alla fine può incendiarsi.

L’aumento di temperatura può essere dovuto o a un corto circuito, o a una fonte di calore esterna, o alla rottura della cella per intrusione di un corpo metallico estraneo (in caso di incidente).

In tutti questi casi il Nail Safety Device – NSD della Samsung interviene per far abbassare la temperatura e impedire la fuga termica.

Il nome deriva dal metodo abitualmente usato per testare la resistenza delle celle al litio a danneggiamenti meccanici, il “nail penetratin test”, in cui la batteria viene letteralmente infilzata con un chiodo metallico; alcuni tipi di batterie, come le LiPo (litio-polimeri), usate infatti solo nei modellini radiocomandati, reagiscono malissimo a questo test, incendiandosi istantaneamente; altre si limitano a degassare senza incendiarsi; altre ancora sono del tutto indifferenti a perforazioni e persino tagli: le batterie al litio a stato solido (SSB), che prò sono attualmente in fase di studio e non ancora commercializzate.