ما هي وسادات عزل Airgel لبطارية EV؟ دليل الحاجز الحراري

إذا كانت خلايا بطارية السيارة الكهربائية معبأة بإحكام دون الحاجز الحراري الصحيح، فيمكن لخلية واحدة شديدة الحرارة نقل الحرارة إلى الخلايا المجاورة، وتحفيز الانتشار الحراري، وإتلاف حزمة البطارية، وخلق خطر كبير على السلامة من الحرائق.

الحل الأكثر فعالية هو وضع وسادات عزل airgel لبطارية EV بين الخلايا أو الوحدات أو مناطق التوصيل أو النقاط الساخنة على مستوى العبوة لإبطاء نقل الحرارة، وامتصاص إجهاد الضغط، والمساعدة في التحكم في الانتشار الحراري الجامح.

وسادات العزل الهوائية لبطارية EV هي مواد عازلة حرارية خفيفة للغاية تستخدم داخل حزم بطاريات الليثيوم أيون. إنها ذات قيمة خاصة في حزم المركبات الكهربائية عالية الكثافة حيث يؤثر كل ملليمتر على كثافة الطاقة والسلامة وموثوقية التجميع.

مصدر الصورة: مصدر هندسة الحاجز الحراري Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

ما هي الوسادة العازلة لبطارية EV Airgel؟

إذا تم التعامل مع المصطلح 'وسادة aerogel' على أنها رغوة عادية أو إسفنجة عازلة، فقد تفقد مجموعة البطارية الحماية الحرجة ضد نقل الحرارة، وتغير الضغط، والانتشار الحراري الجامح.

الإجابة الصحيحة هي أن الوسادة العازلة للهلام الهوائي لبطارية السيارة الكهربائية عبارة عن حاجز حراري رفيع وخفيف الوزن مصنوع من مادة قائمة على الأيروجيل ومصممة لحماية خلايا أيون الليثيوم أو الوحدة أو العبوة.

يصف Aspen Aerogels PyroThin بأنه عازل فائق النحافة وخفيف الوزن وحاجز للحريق مصمم للتخفيف من الانفلات الحراري على مستويات الخلية إلى الخلية والوحدة وحاجز العبوة.^[1] في تصميم البطارية العملي، توضع هذه الوسادات حيث يجب تأخير الحرارة أو حظرها أو إعادة توجيهها.

لماذا تُستخدم وسادات Airgel في حزم بطاريات السيارات الكهربائية؟

إذا كانت حزمة البطارية عالية الطاقة تعتمد فقط على التبريد السائل ومراقبة نظام إدارة المباني، فقد تكتشف خطأً ولكنها لا تزال تفشل في إبطاء نقل الحرارة فعليًا بمجرد دخول الخلية في حالة الهروب الحراري.

الحل الأفضل هو الجمع بين الإدارة الحرارية النشطة ووسادات العزل الهوائية السلبية، بحيث تتمتع العبوة بتحكم في المراقبة ومقاومة الانتشار المادي.

لا يمثل الانفلات الحراري مشكلة في درجة الحرارة فحسب؛ إنها مشكلة تفاعل متسلسل. تمنح وسادة الإيروجيل الجيدة حزمة البطارية مزيدًا من الوقت عن طريق تقليل توصيل الحرارة من الخلية البادئة إلى الخلايا المجاورة.

خطأ: افتراض أن لوحة التبريد وحدها يمكنها إيقاف كل حدث حراري. الصحيح: استخدام التبريد، والتهوية، وأجهزة الاستشعار، ومنطق BMS، وحواجز الهلام الهوائي معًا.

كيف تعمل وسادات العزل Airgel على إيقاف نقل الحرارة؟

إذا تحركت الحرارة بسرعة كبيرة عبر مجموعة البطاريات، فقد تصل الخلايا المجاورة إلى درجات حرارة خطيرة قبل أن يتمكن نظام إدارة المباني أو لوحة التبريد أو مسار التهوية من التحكم في الحدث.

الحل المباشر هو استخدام هيكل الأيروجيل المسامي النانوي لتقييد حركة الغاز وتقليل انتقال الحرارة بالتوصيل عبر الطبقة العازلة.

تشرح وكالة ناسا أن الإيروجيل مسامية للغاية، ومنخفضة الكثافة جدًا، وفعالة للغاية في منع انتقال الحرارة لأن مسامها تقع في نطاق النانومتر.^[2] وهذا يجعل من الإيروجيل ذا قيمة حيث يجب أن يكون أداء العزل الرقيق أفضل من رغوة البوليمر العادية.

مصدر الصورة: أبحاث المواد العازلة للهلام الهوائي التابعة لناسا.^[2]

ماذا تعني 'السلسلة' في وسادات عزل Aerogel من سلسلة بطاريات EV؟

إذا أسيء فهم 'السلسلة' على أنها مكون كهربائي خاص، فقد يتم تحديد اللوحة الخاطئة في المكان الخطأ داخل حزمة البطارية.

التفسير الصحيح هو أن 'وسادات عزل الأيروجيل لسلسلة بطاريات EV' تشير عادةً إلى وسادات الهلام الهوائي المستخدمة عبر خلية بطارية متصلة بالسلسلة أو ترتيب الوحدة، وليس وسادة تقوم بتوصيل تيار متسلسل.

تحتوي حزم المركبات الكهربائية على خلايا متصلة على التوالي والتوازي للوصول إلى الجهد والسعة المستهدفة. عادةً ما تكون وسادات الإيروجيل عبارة عن أجزاء حرارية وميكانيكية لا تحمل تيارًا ويتم وضعها بالقرب من مسار سلسلة الخلايا أو مجموعة الوحدات أو هيكل حاجز العبوة.

كيف تختلف وسادات Airgel عن الميكا أو الرغوة أو ألياف السيراميك؟

إذا تم تحديد لوحة بطارية السيارة الكهربائية فقط حسب السعر أو السُمك، فقد تفقد الحزمة التوازن بين حجب الحرارة، واستعادة الضغط، وقوة العزل الكهربائي، والوزن، وتحمل التجميع.

الحل الأفضل هو مقارنة الإيروجيل، والميكا، والرغوة، والألياف الخزفية من خلال وضع الفشل الفعلي: الهروب الحراري، أو تورم الخلايا، أو الاهتزاز، أو العزل الكهربائي، أو التعرض للهب، أو التكلفة المستهدفة.

عادةً ما يتم اختيار Airgel عندما تحتاج العبوة إلى عزل قوي في شكل رقيق وخفيف الوزن. الميكا قوية للأداء العازل وحاجز اللهب، والرغوة مفيدة للضغط وامتصاص التحمل، ويتم استخدام ألياف السيراميك عندما تكون المقاومة الشديدة للحرارة مهمة.

أين يتم تركيب منصات Airgel في وحدة بطارية السيارة الكهربائية؟

إذا تم وضع وسادات الإيروجيل بشكل عشوائي دون مراعاة تدفق الحرارة، واتجاه التهوية، وحمل الضغط، وتوجيه الحزام، فإن العبوة لا تزال تعاني من الانتشار الحراري أو التداخل الميكانيكي.

الحل الصحيح هو وضع منصات ايروجيل وفقا لمسار الانتشار الحراري، وكيمياء الخلية، وضغط كومة الوحدة، وموقع لوحة التبريد، وتخليص تسخير الجهد العالي.

بالنسبة للخلايا الحقيبةية والمنشورية، يتم وضع الوسادات عادة بين وجوه الخلايا الكبيرة. بالنسبة للخلايا الأسطوانية، يمكن استخدام الإيروجيل كصفائح أو أكمام أو حواجز وحدة أو طبقات عزل على مستوى العبوة اعتمادًا على الهندسة المعمارية.

بالنسبة لمشروعات OEM أو حزمة البطاريات، أرسل تنسيق الخلية والكيمياء وضغط المكدس ورسم الوحدة ومسار التنفيس ومتطلبات الاختبار الحراري قبل اختيار اللوحة النهائية. يمكن لقطع عينة صغيرة أن يكشف عن مخاطر الملاءمة والضغط والتجميع قبل الأدوات.

كيف تعمل وسادات Airgel مع أنظمة تسخير أسلاك السيارات؟

إذا تم توجيه مجموعة الجهد العالي، أو مجموعة أدوات الاستشعار، أو عزل قضيب التوصيل بالقرب من مسار الانتشار الحراري، فقد يتدهور العزل، وقد ترتخي الأطراف، وقد تفشل الإشارات التشخيصية أثناء حدوث خطأ.

الحل الأفضل هو تصميم وسادات عزل الهلام الهوائي مع أسلاك الجهد العالي، وخطوط استشعار الجهد، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، وأغطية قضبان التوصيل، واستراتيجية إغلاق العبوات.

سلامة البطارية ليست مجرد كيمياء الخلية. إنه تصميم نظام كامل يتضمن حواجز الخلايا، وتوجيه تسخير الجهد العالي، وقنوات التنفيس، ووضع المستشعر، والتأريض، والتدريع، وحماية الموصل.

ما هي بيانات الأداء التي يجب على المشترين التحقق منها؟

إذا كان المورد يقدم السُمك والسعر فقط، فلا يمكن للمشتري الحكم على ما إذا كانت الوسادة ستصمد أمام الضغط أو التعرض للحرارة أو اللهب أو الرطوبة أو الاهتزاز أو إجهاد تجميع العبوة.

الحل الصحيح هو طلب ورقة البيانات الفنية، وبيانات التوصيل الحراري، ومنحنى الضغط، ونتيجة اختبار العزل الكهربائي، ومعلومات مقاومة اللهب، ونطاق درجة حرارة التشغيل، وبيانات التقادم.

تشير شركة Aspen Aerogels إلى أنه يمكن تحسين منصة الإيروجيل الخاصة بها من أجل التوصيل الحراري والسمك واستجابة الضغط.^[1] هذه هي بالضبط المعلمات التي يجب على مهندسي البطاريات مراجعتها قبل اختيار اللوحة.

ما هي المعايير المتعلقة بمنصات Airgel لبطارية السيارة الكهربائية؟

إذا تم اختيار وسادات الإيروجيل دون ربطها بالتحقق من سلامة البطارية، فقد تبدو المادة ممتازة في عزلة ولكنها تفشل في دعم شهادة مستوى العبوة أو اختبار إساءة الاستخدام.

الحل الصحيح هو ربط اختيار اللوحة باختبارات سلامة بطارية السيارة الكهربائية مثل المتطلبات الحرارية والميكانيكية والكهربائية والبيئية واختبارات سوء الاستخدام.

يوضح SwRI أن اختبار UL 2580 يقيم سلامة بطارية السيارة الكهربائية عبر الاختبارات الكهربائية والميكانيكية والحرارية والبيئية والمتعلقة بالسلامة.^[3] يصف SAE J2464 اختبارات إساءة الاستخدام التي يمكن استخدامها لأنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن للمركبات الكهربائية والهجينة.^[4]

خطأ: السؤال عما إذا كانت وسادة الإيروجيل وحدها 'تجتاز UL 2580'. الصحيح: اختبار مجموعة البطارية الكاملة لأن هندسة العبوة، وكيمياء الخلية، والتهوية، والأسلاك، ووضع الحاجز كلها تؤثر على النتيجة النهائية.

كيف يجب عليك اختيار وسادة Airgel لمشروع بطارية السيارة الكهربائية؟

إذا تم تحديد الوسادة بعد تجميد تخطيط العبوة بالفعل، فقد يضطر المهندس إلى سمك رديء، أو ضغط سيء، أو تهوية مسدودة، أو إزالة الحزام غير الآمن.

الحل الأفضل هو إشراك مورد وسادة الإيروجيل ومورد مجموعة الأسلاك في وقت مبكر أثناء تخطيط الوحدة، وتوجيه الجهد العالي، ومحاكاة الانتشار الحراري.

تبدأ عملية الاختيار الجيدة بتنسيق الخلية، والكيمياء، وكثافة الطاقة، وسمك الحزمة المستهدفة، وقوة الضغط، وموضع لوحة التبريد، واتجاه التنفيس، وهدف اختبار السلامة. يجب التحقق من صحة اللوحة في حزمة الوحدة الحقيقية، وليس فقط على عينة معملية مسطحة.

للحصول على تقييم سريع، أرسل حجم الخلية، ورسم الوحدة، والسمك المستهدف، ونطاق الضغط، وحدث درجة الحرارة القصوى، والحجم السنوي. يمكن أن تساعد عينة صغيرة من الهلام الهوائي المقطوع في تأكيد الإعداد قبل أدوات الإنتاج الضخم.

التعليمات

ما هي منصات العزل ايروجيل بطارية EV؟

وهي عبارة عن وسادات عازلة حرارية رفيعة تعتمد على الأيروجيل تستخدم داخل حزم بطاريات السيارات الكهربائية لتقليل نقل الحرارة، وبطء الانتشار الحراري، ودعم تصميم سلامة البطارية.

لماذا يستخدم الإيروجيل في بطاريات السيارات الكهربائية؟

يتم استخدام الإيروجيل لأنه يوفر عزلًا حراريًا قويًا في شكل خفيف الوزن ورفيع. وهذا يساعد مهندسي البطاريات على حماية الخلايا دون إضاعة الكثير من مساحة العبوة.

هل تمنع وسادات الإيروجيل الهروب الحراري؟

لا تمنع وسادات الإيروجيل كل خلية من الفشل. والغرض منها هو إبطاء أو المساعدة في وقف انتشار الحرارة من إحدى الخلايا الفاشلة إلى الخلايا المجاورة، اعتمادًا على تصميم العبوة الكاملة.

أين يتم وضع وسادات الإيروجيل في حزمة البطارية؟

ويمكن وضعها بين الخلايا، أو بين الوحدات، أو بالقرب من قضبان التوصيل، أو أسفل أغطية العبوات، أو بجانب مسارات التهوية، أو في مناطق حاجز مستوى العبوة.

هل منصات airgel عازلة كهربائيا؟

تم تصميم العديد من منصات بطاريات الإيروجيل بأداء عزل كهربائي، لكن قوة العزل الكهربائي الدقيقة تعتمد على هيكل المنتج وطريقة الاختبار. تحقق دائمًا من ورقة بيانات المورد.

هل وسادات الإيروجيل أفضل من صفائح الميكا؟

يحلون مشاكل مختلفة. يعتبر Airgel قويًا للعزل الحراري الرقيق، في حين أن الميكا قوي لأداء العزل الكهربائي وحاجز اللهب. قد تستخدم العديد من حزم المركبات الكهربائية كلتا المادتين في طبقات مختلفة.

هل يمكن أن تحل وسادات الإيروجيل محل وسادات الضغط؟

في بعض الأحيان يمكنهم دعم كل من الوظائف الحرارية والضغط، ولكن ليس دائمًا. يجب التحقق من صحة تورم الخلايا، وضغط المكدس، وسلوك الضغط على المدى الطويل.

ملاحظة الخبراء

إن وسادات العزل الهوائية لبطارية EV ليست مجرد صفائح ناعمة توضع بين الخلايا. إنها حواجز حرارية بالغة الأهمية للسلامة ويجب أن تعمل مع كيمياء الخلايا، والتهوية، والضغط، والتبريد، وقضبان التوصيل، وأجهزة الاستشعار، والموصلات، وتوجيه تسخير الجهد العالي.

بعد 15 عامًا من العمل مع أحزمة أسلاك السيارات، وتجميعات كابلات بطاريات المركبات الكهربائية، والوصلات البينية عالية الجهد، وأنظمة الطاقة المخصصة للمركبات، أصبحت قاعدتي الميدانية بسيطة: لا يتم إنشاء سلامة البطارية أبدًا من خلال مادة واحدة فقط؛ يتم إنشاؤه من خلال الطريقة التي تعمل بها كل المواد والأسلاك والموصلات ومسارات الحرارة معًا. إذا كان مشروع بطارية السيارة الكهربائية الخاص بك يحتاج إلى وسادات عازلة للهلام الهوائي، أو حماية لأحزمة الجهد العالي، أو عزل قضيب التوصيل، أو مراجعة الحاجز الحراري في مرحلة العينة، فأرسل تخطيط الخلية، وفئة الجهد، ومسار التوجيه، وهدف التحقق قبل الإنتاج. يمكن لعينة صغيرة ومراجعة هندسية مبكرة أن تمنع حدوث فشل أكبر على مستوى الحزمة لاحقًا.

مراجع

1. Aspen Aerogels، 'حاجز حراري رقيق للمركبات الكهربائية.' أسبن أيروجيلز بايرو ثين

2. ناسا، 'الجيلات الهوائية: أرق، أخف، أقوى' أبحاث ناسا ايروجيل

3. معهد أبحاث الجنوب الغربي، 'اختبار البطارية القياسي UL 2580.' اختبار بطارية SwRI UL 2580

4. SAE International، 'SAE J2464 اختبار سلامة وإساءة استخدام نظام تخزين الطاقة الكهربائية والهجينة الكهربائية القابلة لإعادة الشحن للمركبات الكهربائية.' ساي J2464

5. Aspen Aerogels، 'تخفيف الانفلات الحراري للمركبات الكهربائية.' الحواجز الحرارية لبطارية Aspen Aerogels

6. NASA Spinoff، 'Aerogels مهمات عازلة ومنتجات استهلاكية'. تطبيقات ناسا Spinoff Airgel