La fuga térmica es el modo de fallo que más temen los ingenieros de baterías: una vez que una célula empieza a autocalentarse de forma incontrolada, el suceso puede propagarse en cascada por todo el pack y producir un incendio, gases tóxicos, graves daños en el equipo o algo peor. LiFePO₄ (LFP) es intrínsecamente más estable térmicamente que muchas formulaciones de litio de alta energía, pero "más estable" no significa "invulnerable". Evitar el desbordamiento térmico en instalaciones reales requiere una estrategia por capas que abarque la química y el diseño de las celdas, la arquitectura y la refrigeración de los paquetes, los sistemas de gestión de baterías, las normas de ensayo y unas prácticas operativas disciplinadas. Este artículo explica las causas fundamentales, las señales de alerta temprana y las defensas prácticas y aplicables sobre el terreno en las que deben insistir los ingenieros y los equipos de compras.

Cómo se inicia el desbocamiento térmico: las causas más comunes

El desbordamiento térmico es una reacción en cadena: el calor aumenta la velocidad de las reacciones internas, que producen más calor, y así sucesivamente. Esa cadena puede iniciarse de varias formas predecibles y evitables:

• Abuso eléctrico: La sobrecarga, la sobretensión persistente o los cortocircuitos externos o internos elevan rápidamente la temperatura de la célula.

• Daños mecánicos: La perforación, el aplastamiento o la deformación pueden provocar cortocircuitos internos.

• Temperatura ambiente o de funcionamiento elevada: El calor sostenido acelera las reacciones secundarias y debilita los separadores y electrodos.

• Defectos de fabricación o contaminación: Las impurezas microscópicas, los revestimientos deficientes o los defectos de soldadura aumentan las posibilidades de que se produzca un cortocircuito interno.

Comprender estos factores desencadenantes es el primer paso hacia la mitigación, ya que cada uno tiene su correspondiente control técnico. Las evaluaciones de riesgos exhaustivas demuestran que todas las químicas del litio conllevan riesgos, pero la probabilidad y la gravedad varían según el diseño y las medidas de control.

Por qué LiFePO₄ se comporta de forma diferente: una comparación práctica

La estructura cristalina y la química del LiFePO₄ le confieren una mayor temperatura de descomposición térmica y una menor energía química almacenada por célula en comparación con muchos cátodos ricos en níquel. En la práctica, esto significa que las células de LFP toleran mejor el abuso y las temperaturas elevadas y son menos propensas al desbordamiento térmico energético. Esta propiedad química reduce -aunque no elimina- la necesidad de diseñar y probar cuidadosamente los sistemas. Los diseñadores deben tratar la LFP como una ventaja de seguridad que debe aprovecharse con controles de ingeniería, no como una licencia para relajar la protección.

Controles técnicos que impiden que una sola célula se convierta en un incendio colectivo

Es vital evitar la propagación de una célula defectuosa a sus vecinas. Entre las medidas técnicas clave figuran:

• Sistemas robustos de gestión de baterías (BMS): El BMS debe proporcionar un control de la tensión y la temperatura por célula, un equilibrado activo y una lógica de corte de alta fiabilidad. En los sistemas estacionarios y de flota, la telemetría del BMS, que informa de las tendencias del estado de salud, es esencial para detectar la degradación gradual antes de que falle una célula.

• Gestión térmica y compartimentación: Las vías de conducción eficaces, las barreras térmicas entre módulos y la refrigeración selectiva impiden que el calor local aumente la temperatura de las células vecinas. Los packs avanzados utilizan placas disipadoras de calor, materiales de cambio de fase o refrigeración líquida para aplicaciones de alta potencia.

• Diseño mecánico y separación: Los soportes amortiguadores, las carcasas rígidas y el espaciado entre células reducen la posibilidad de que se produzcan daños mecánicos y ralentizan la propagación si una célula se ventila.

• Control de calidad de la fabricación: La trazabilidad de la cadena de suministro, las prácticas de ensamblaje en sala blanca y la coherencia de los procesos de soldadura y revestimiento reducen drásticamente la incidencia de defectos latentes que pueden provocar cortocircuitos internos.

Prácticas operativas que reducen sustancialmente el riesgo

Los controles sobre el terreno son tan importantes como las decisiones de ingeniería:

• Cargadores y perfiles de carga correctos: utilice cargadores adaptados a la ventana CC-CV del LFP y nunca exceda los voltajes recomendados por célula; los eventos de sobretensión son un iniciador común de fallos.

• Procedimientos en función de la temperatura: evitar la carga o descarga fuera de las ventanas de temperatura especificadas por el fabricante y proporcionar ventilación o refrigeración cuando los equipos funcionen en entornos calurosos.

• Telemetría rutinaria y tendencias: La revisión periódica de los registros del BMS para identificar el aumento de la resistencia interna, el desequilibrio de las células o la aceptación anormal de la carga permite una intervención programada mucho antes de que se produzca un peligro.

• Normas de almacenamiento y transporte: almacene los paquetes en un estado de carga intermedio, en condiciones frescas y secas; siga las normas de envío diseñadas para minimizar el estrés mecánico y térmico.

Normas, ensayos y certificación: qué exigir a los proveedores

Las normas existen porque las pruebas controladas revelan puntos débiles que la experiencia sobre el terreno podría no revelar. Los protocolos de certificación modernos exigen pruebas de fallo forzado y propagación para que el fallo de una sola célula no provoque la conflagración del paquete. Los equipos de compras deben exigir pruebas independientes (por ejemplo, el cumplimiento de las normas UL o IEC pertinentes) y pedir que les muestren los protocolos de prueba utilizados para realizar cualquier afirmación. Estas validaciones de terceros son una de las señales más persuasivas que un proveedor puede dar de que sus packs están diseñados para contener y sobrevivir a fallos internos.

Respuesta a incidentes: medidas prácticas en caso de sobrecalentamiento de una célula

A pesar de todos los esfuerzos, una célula puede fallar. Prepare un plan de emergencia que cubra la detección, el aislamiento y la eliminación segura:

1. Aislamiento inmediato: cortar los circuitos de carga y descarga mediante desconexión BMS o aislamiento manual.

2. Evacuación y ventilación: dar prioridad a la seguridad del personal y ventilar la zona para dispersar los gases tóxicos.

3. Supresión y refrigeración: Permita que la energía térmica se disipe de forma segura; en la mayoría de los casos, no intente enfriar agresivamente o perforar una batería en llamas.

4. Forense y sustitución: tras el suceso, capturar los registros del SGE y las pruebas físicas para determinar la causa raíz y fundamentar las medidas correctoras.

Disponer de un procedimiento documentado y practicado en caso de incidente reduce el pánico y acelera la recuperación, al tiempo que protege a las personas y los bienes.

Lista de comprobación para la adquisición de sistemas LFP de bajo riesgo (referencia rápida)

• Requieren telemetría por célula y BMS de equilibrio con registro remoto.

• Exija pruebas independientes de propagación y seguridad con arreglo a normas reconocidas.

• Inspeccionar los registros de control de calidad y trazabilidad de la fabricación.

• Verificar la compatibilidad de los cargadores y proporcionar una infraestructura de carga adaptada a la temperatura.

• Especificar medidas de contención mecánica y térmica en el diseño del envase.

Estos requisitos convierten la ventaja de la seguridad química en una fiabilidad del sistema predecible y auditable.

Reflexión final: combinar la química con la disciplina

El LiFePO₄ ofrece un margen de seguridad significativo en comparación con muchos productos químicos de litio, pero la seguridad en el mundo real proviene de la ingeniería de sistemas: química, BMS, diseño térmico, disciplina de fabricación y controles operativos trabajando juntos. Las organizaciones que tratan la seguridad de las baterías como un programa -no como un producto- son las que eliminan el riesgo de fuga térmica en la práctica. Insista en que sus proveedores le proporcionen datos transparentes, pruebas independientes y telemetría del sistema de gestión de baterías (BMS), para que los casos excepcionales se conviertan en un problema de ingeniería manejable y no en una crisis.