ما مدى سماكة عزل Airgel بين خلايا بطارية السيارة الكهربائية؟

إذا كان حاجز الهلام الهوائي رقيقًا جدًا، فإن الحرارة الصادرة من الخلية الفاشلة يمكن أن تصل إلى جارتها بسرعة كبيرة جدًا؛ إذا كانت سميكة بشكل غير ضروري، تفقد الحزمة حجمًا قيمًا للخلية، وتضيف تكلفة، ويمكن أن تغير ضغط الخلية.

لا توجد سماكة عالمية للهلام الهوائي لبطاريات السيارات الكهربائية - يجب تحديد القيمة الصحيحة من كيمياء الخلية، والطاقة الحرارية المنفلتة، والفجوة المتاحة، والضغط، ودرجة حرارة الجانب المحمي المسموح بها، ونتائج التحقق من صحة الوحدة. بالنسبة للخلايا المنشورية والخلايا الجيبية، غالبًا ما تكون سماكة الحواجز الهندسية بضعة ملليمترات فقط، ولكن يجب إثبات القيمة النهائية في بنية البطارية الفعلية.

هل هناك سمك ايروجيل قياسي لخلايا بطارية السيارة الكهربائية؟

إن استخدام قاعدة ثابتة مثل '2 مم من الإيروجيل يكفي لكل بطارية' يمكن أن يقلل من حماية الخلايا عالية الطاقة أو يضيع المساحة في وحدة منخفضة المخاطر.

الحل الصحيح هو تحديد السمك من المقاومة الحرارية المطلوبة تحت ظروف الضغط الفعلية. شكل الخلية، والكيمياء، والطاقة المخزنة، والتباعد، واتجاه التهوية، وقوة الضغط، وبناء الحاجز، ودرجة الحرارة المسموح بها على الخلية المجاورة كلها تؤثر على النتيجة.

تنص شركة Aspen Aerogels على أن حواجز خلايا السيارات الخاصة بها مصممة لأهداف محددة بما في ذلك التوصيل الحراري، والسمك، واستجابة الضغط ، مما يعزز أن سمك الحاجز هو معلمة تصميم تعتمد على التطبيق وليس رقمًا عالميًا.^[1]

هل يمكن أن يكون حاجز Airgel بقطر 2-3 مم كافيًا؟

إن نقل نتيجة اختبار ناجحة بمقدار 2-3 مم دون النظر إلى حجم الخلية والضغط ومسارات الحرارة والتنفيس يمكن أن يخلق ثقة زائفة في حزمة بطارية مختلفة تمامًا.

يمكن أن تكون بضعة ملليمترات صالحة من الناحية الفنية في بعض تصميمات الخلايا المنشورية أو الخلايا الحقيبةية، ولكن فقط عندما يؤكد اختبار الوحدة الكامل تأخير الانتشار المطلوب. لا يمكن فصل السماكة عن تركيبة المادة وحالة الضغط.

نشرت Aspen مثالًا على وحدة صغيرة باستخدام حاجز PyroThin مقاس 2.35 مم مضغوطًا إلى حوالي 50% من الضغط بين خليتين منشوريتين سعة 62 Ah. في هذا الاختبار المحدد، لم تدخل الخلية المجاورة في حالة هارب حراري، لكن أسبن يشير أيضًا إلى أن الوحدة المصغرة عزلت بعض مسارات الحرارة الثانوية الموجودة في حزمة حقيقية.^[2]

وبالتالي فإن نتيجة 2.35 ملم تعد مثالًا هندسيًا مفيدًا، وليست مواصفات عالمية للسيارات الكهربائية.

كيف يغير الضغط السماكة المطلوبة؟

قد يؤدي الحاجز الذي يتم اختياره فقط بسمكه غير المضغوط بشكل مختلف تمامًا بمجرد أن تنتفخ الخلايا وتضغط الوحدة على المادة طوال عمر السيارة.

الحل هو تقييم كل من سمك الضغط في بداية ونهاية العمر والأداء الحراري. يمكن للخلايا المنشورية والخلايا الجرابية تغيير أبعادها أثناء ركوب الدراجات، لذلك قد يعمل الحاجز أيضًا بمثابة وسادة ضغط مع الحفاظ على المقاومة الحرارية.

يحدد Aspen على وجه التحديد الأداء الميكانيكي، وإجهاد الضغط، والتوصيل الحراري تحت الضغط كعوامل تصميم حاسمة لحواجز الخلية إلى الخلية.^[3]

ما هي العوامل التي تحدد سمك ايروجيل؟

إن اختيار السُمك من التوصيل الحراري وحده يتجاهل مسارات الحرارة الأخرى والقيود الميكانيكية التي يمكن أن تهيمن على الانتشار الحراري الجامح الحقيقي.

يجب على المهندسين تقييم الواجهة الكاملة من خلية إلى خلية قبل تجميد سمك الحاجز. أهم المدخلات مبينة أدناه.

لماذا لا نستخدم ببساطة حاجزًا أكثر سمكًا من الهلام الهوائي؟

إن زيادة حجم كل حاجز خلية يمكن أن يقلل من كثافة طاقة الحزمة، ويزيد من أبعاد الوحدة وتكلفتها، ويتداخل مع نظام ضغط الخلية المقصود.

الحل الصحيح هو استخدام الحد الأدنى من البناء المعتمد الذي يلبي متطلبات الانتشار الحراري والميكانيكية مع هامش تصميم مناسب. في حزم المركبات الكهربائية كبيرة الحجم، حتى جزء إضافي من المليمتر يتكرر عبر العشرات أو المئات من واجهات الخلايا يمكن أن يؤثر بشكل ملموس على أبعاد العبوة.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الإيروجيل جذابًا للحواجز من خلية إلى أخرى: يمكن للمصنعين تصميم مقاومة حرارية عالية جدًا في هياكل رفيعة وخفيفة الوزن نسبيًا.^[4]

هل تغير كيمياء الخلية سمك الهلام الهوائي المطلوب؟

يمكن أن يؤدي استخدام نفس تصميم الحاجز لـ LFP وNMC وكيمياء الخلايا الأخرى إلى التغاضي عن الاختلافات الرئيسية في السلوك الحراري الهارب، وطاقة الخلية، والتنفيس، وبنية العبوة.

ينبغي ضبط الحاجز على كيمياء الخلية الفعلية وسلوك الخلية الزناد. وتشير 'أسبن' إلى أن حواجزها الخلوية مصممة لكيميائيات متعددة، بما في ذلك LFP وNMC وأنظمة الحالة الصلبة الناشئة، مع تحسين خصائص السُمك والصلابة لتطبيقات محددة.^[5]

الكيمياء مهمة، لكنها ليست المعلمة الوحيدة. يمكن لسعة الخلية، والهندسة، وحالة الشحن، والتباعد، والضغط، والتبريد، والهياكل المجاورة أن تغير سلوك الانتشار بشكل ملموس.

هل يجب تحديد سمك الهلام الهوائي قبل اختبار الوحدة؟

يمكن أن يؤدي تجميد سمك الإنتاج من ورقة بيانات المادة وحدها إلى إعادة تصميم باهظة الثمن إذا كشفت الاختبارات على مستوى الوحدة عن مسارات حرارة موصلة أو إشعاعية أو غازية لم يتم تمثيلها بواسطة اختبار القسيمة.

استخدم حسابات المواد واختبار مستوى الخلية لتحديد سُمك البداية، ثم تحقق من صحة البناء الكامل على مستوى الوحدة أو العبوة قبل الإصدار التسلسلي. تحتوي البطارية الحقيقية على علامات التبويب، وأشرطة التوصيل، وألواح التبريد، وهياكل الضغط، والفجوات، والمثبتات، والعزل، ومسارات التهوية التي يمكنها تجاوز حاجز وجه الخلية الأساسي.

تنص Aspen بالمثل على أن وحدات البطاريات وحزمها هي أنظمة معقدة وأنه لا يوجد اختبار واحد يناسب الجميع لأداء حاجز الخلية حتى نهاية العمر الافتراضي.^[3]

كيف يؤثر سمك Airgel على قضبان التوصيل وأسلاك البطارية؟

يمكن أن تؤدي زيادة سماكة حاجز الخلية دون التحقق من العبوة الكهربائية المحيطة إلى تغيير أبعاد حزمة الوحدة ووضع ضغط إضافي على قضبان التوصيل أو أسلاك الاستشعار أو الموصلات أو توجيه مجموعة الجهد العالي.

الحل الصحيح هو مراجعة سمك الإيروجيل مع نظام الربط الكهربائي. يمكن أن تؤدي التغييرات في تباعد الخلايا إلى تغيير هندسة شريط التوصيل، وطول سلك استشعار BMS، وموضع الموصل، وخلوص العزل، وتوجيه الكابلات ذات الجهد العالي حول الوحدة.

ولهذا السبب، لا ينبغي التعامل مع تغيير الحاجز الحراري باعتباره بديلاً لمواد معزولة. يجب التحقق من تباعد الخلايا، والضغط، وعزل الميكا، وأشرطة التوصيل، ومنصات السيليكون، وأسلاك BMS، وواجهات أحزمة الجهد العالي معًا قبل تجميد الأدوات.

هل تحتاج إلى تحديد حاجز خلية Airgel؟

لإجراء مراجعة هندسية، قم بإعداد كيمياء الخلية، والقدرة، وأبعاد الخلية، والفجوة المتاحة، ومتطلبات الضغط، ونطاق سمك الهدف، واتجاه التنفيس، ومتطلبات الانتشار الحراري، ووحدة CAD، وشريط التوصيل أو تخطيط الأسلاك المحيطة.

يجب أن يؤكد تقييم العينة كلاً من الأداء الحراري والسلوك الميكانيكي المضغوط قبل تحرير سمك الإنتاج النهائي.

التعليمات

ما هو سمك الهلام الهوائي النموذجي بين خلايا بطارية السيارة الكهربائية؟

لا يوجد سمك عالمي. يمكن أن يصل سمك حواجز الخلايا الهندسية إلى بضعة مليمترات فقط، لكن القيمة النهائية تعتمد على المادة، وتصميم الخلية، والضغط، وأداء الانتشار الحراري المطلوب.

هل 2 ملم من الإيروجيل كافية بين خلايا البطارية؟

قد يكون كافيا في بعض التصاميم وغير مناسب في البعض الآخر. يجب التحقق من صحة السُمك باستخدام كيمياء الخلية الفعلية، والطاقة، والضغط، ومسارات الحرارة، وبنية الوحدة.

هل ضغط الهلام الهوائي يقلل من الحماية الحرارية؟

ذلك يعتمد على بناء ايروجيل. ينبغي وصف حواجز خلايا السيارات في ظل حالة الانضغاط الفعلية لأن الإجهاد الميكانيكي يغير سمكها ويمكن أن يؤثر على السلوك الحراري.

هل الهلام الهوائي السميك أكثر أمانًا دائمًا؟

لا. قد تؤدي زيادة السُمك إلى تحسين المقاومة الحرارية، ولكنها قد تقلل من كثافة طاقة العبوة، وتغير ضغط الخلايا، وتزيد التكلفة، وتؤثر على قضبان التوصيل أو هندسة الأسلاك.

هل ينبغي اختبار الإيروجيل على مستوى الخلية أو الوحدة؟

كلاهما يمكن أن يكون مفيدا. تساعد الاختبارات على مستوى الخلية على فحص أداء الحاجز، ولكن التحقق من مستوى الوحدة والحزمة مهم نظرًا لوجود مسارات إضافية لنقل الحرارة وتنفيس الغاز في نظام البطارية الكامل.

منظور بطاريات السيارات وأسلاك الأسلاك لمدة 15 عامًا

استنادًا إلى 15 عامًا من الخبرة في مكونات السيارات وأسلاك الأسلاك، لن أقوم أبدًا بتحديد حاجز الهلام الهوائي ببساطة على أنه '2 مم' أو '3 مم' قبل فهم مجموعة البطاريات.

السُمك الصحيح هو الحد الأدنى من البنية المعتمدة التي تتحكم في نقل الحرارة من خلية إلى أخرى مع الاستمرار في تلبية متطلبات الضغط والتعبئة وشريط التوصيل وأسلاك الاستشعار والتوجيه عالي الجهد. في حزمة بطارية السيارة الكهربائية، يجب تصميم المواد الحرارية والوصلات الكهربائية معًا.

المراجع الرسمية

[1] Aspen Aerogels — حواجز حرارية من خلية إلى خلية من PyroThin Airgel

[2] Aspen Aerogels — اختبار الوحدة المصغرة للانتشار الحراري من خلية إلى أخرى

[3] Aspen Aerogels - تصميم الحاجز الحراري والضغط والتحقق من الصحة

[4] Aspen Aerogels - الانتشار الحراري الجامح والحواجز من خلية إلى أخرى

[5] Aspen Aerogels — تطبيقات الحاجز الحراري لبطاريات المركبات الكهربائية