Integrated Experimental and Simulation Analysis of Thermal Runaway Propagation in NMC811 Lithium-Ion Battery Modules

[ES] La creciente demanda de baterías de iones de litio de alta energía en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía ha aumentado la preocupación por su seguridad, en particular el riesgo de ignición y propagación del fuego en módulos de baterías. Esta tesis aborda la necesidad de un marco de modelado predictivo y validado experimentalmente capaz de evaluar el comportamiento de fallo térmico en módulos compuestos por celdas cilíndricas NMC811. El objetivo principal es integrar el modelado del rendimiento electroquímico con la dinámica de ignición y transferencia de calor para comprender mejor cómo se inician y propagan los fallos en los sistemas de baterías. Se desarrolló un marco multifísico completo combinando un modelo electroquímico pseudo-biodimensional (P2D) calibrado con un modelo cinético de combustión junto a un modelo nodal para simular la transferencia de calor a nivel de módulo. Este marco se construyó y validó mediante una amplia campaña experimental que incluía ciclos eléctricos, Calorimetría de Tasa Acelerada (ARC) y pruebas de propagación térmica. Los resultados intermedios revelaron la gran influencia de las altas tasas de C-rate en la generación de calor, lo que pone de relieve los retos térmicos en condiciones de funcionamiento exigentes. También se caracterizó en detalle el comportamiento de fuga térmica, con emisiones medidas de gases y partículas que mostraban altas concentraciones de CO, CO¿ e hidrógeno, demostrando la intensidad y los peligros asociados a los fallos. El modelo integrado final reprodujo con éxito la progresión y el momento de los eventos térmicos en un módulo cilíndrico de 15 celdas, teniendo en cuenta factores de diseño como el espaciado entre celdas y las propiedades térmicas entre celdas. Esta herramienta de simulación permite una evaluación avanzada de la seguridad, apoya el desarrollo de diseños de módulos de baterías más seguros y ofrece una base escalable para evaluar sistemas más grandes en escenarios críticos.