ما هو الحاجز الحراري المنفلت الأفضل لبطاريات السيارات الكهربائية: الميكا، أو الهلام الهوائي، أو مركب السيراميك؟ 

يمكن أن يؤدي اختيار حاجز حراري لبطارية السيارة الكهربائية من خلال درجة الحرارة القصوى وحدها إلى ترك العبوة عرضة للانتشار من خلية إلى أخرى، أو نفاثات اللهب، أو تآكل الجسيمات، أو انقطاع التيار الكهربائي.

تعتمد المادة الصحيحة على مكان تركيب الحاجز وما يجب عليه فعله أثناء التشغيل العادي للبطارية والحدث الحراري. يعتبر Airgel جذابًا بشكل خاص للمقاومة الحرارية الرقيقة من خلية إلى أخرى، ويوفر الميكا عزلًا قويًا للكهرباء ودرجات الحرارة العالية، في حين يمكن للمواد المركبة الخزفية أن توفر حماية قوية من الحرائق والحرارة في التطبيقات على مستوى الوحدات والحزمة.

لذلك لا يوجد فائز عالمي في المقارنة بين الإيروجيل والميكا . يجب على مهندس البطاريات أولاً تحديد التعرض الحراري والسمك والضغط ومتطلبات العزل الكهربائي وموقع التثبيت قبل اختيار المادة.

كيف تختلف حواجز الميكا والإيروجيل والسيراميك المركب؟

إن استبدال مادة بأخرى على الموصلية الحرارية وحدها يمكن أن يحل مشكلة واحدة أثناء إنشاء مشكلة التعبئة والتغليف أو الضغط أو العزل الكهربائي.

قارن المواد حسب الوظيفة وليس اسم المادة. يمكن أن توفر مادة Airgel مقاومة حرارية عالية في مساحة رقيقة من خلية إلى أخرى؛ الميكا مناسبة على نطاق واسع للعزل الكهربائي والحواجز المقاومة للحريق؛ تصبح المركبات القائمة على السيراميك جذابة عندما يكون التعرض الحراري الشديد وأداء الحاجز الهيكلي مهمًا.

متى يكون الإيروجيل أفضل من الميكا بين خلايا البطارية؟

إن استخدام حاجز يوصل الكثير من الحرارة عبر فجوة خلية ضيقة يمكن أن يسمح للخلية الفاشلة بتسخين جارتها بسرعة كافية للمساهمة في الانتشار.

يصبح الهلام الهوائي مثيرًا للاهتمام بشكل خاص حيث يجب أن تتناسب المقاومة الحرارية العالية مع مساحة رقيقة من خلية إلى أخرى. يمكن أيضًا تصميم حواجز airgel EV التجارية حول سلوك الضغط بحيث تعمل الوسادة أثناء تورم الخلايا الطبيعي وكذلك أثناء حدث حراري غير طبيعي.^[1]

أبلغت Aspen Aerogels عن مثال لوحدة صغيرة باستخدام خليتين منشوريتين سعة 62 أمبير مع حاجز PyroThin مقاس 2.35 مم عند إجهاد 50٪ تقريبًا. لم تدخل الخلية المجاورة في حالة الهروب الحراري في هذا الاختبار المحدد، على الرغم من أن آسبن يشير بوضوح إلى أن الإعداد عزل بعض مسارات الانتشار الثانوية الموجودة في حزمة كاملة.^[2]

ولا ينبغي تحويل هذه النتيجة إلى 'قاعدة الهلام الهوائي 2.35 ملم' العالمية. تختلف كيمياء الخلية والطاقة والمسافات والضغط وآليات الانتشار باختلاف تصميم البطارية.

متى تكون مركبات الميكا والسيراميك خيارات أفضل؟

إن استخدام مادة ناعمة لضغط الخلايا في كل مكان يمكن أن يترك قضبان التوصيل أو حدود الوحدات أو أغطية العبوات دون الحاجز الكهربائي أو الهيكلي الذي تتطلبه.

استخدم مواد الميكا أو السيراميك المركبة حيث يحتاج التصميم إلى عزل كهربائي بدرجة حرارة عالية أو مقاومة للحريق أو حاجز أكثر استقرارًا من الناحية الهيكلية. يمكن أن تكون الميكا مفيدة بشكل خاص حول الموصلات ذات الجهد العالي، وأشرطة التوصيل، وهياكل الوحدات والعزل على مستوى العبوة.

توفر مركبات السيليكون القابلة للتسيراميك طريقًا آخر. على سبيل المثال، تدرج شركة Saint-Gobain منتجات السيليكون القابلة للتسيراميك للوسادات الحرارية وحماية العبوات من خلية إلى أخرى، مما يدل على أن نظام تشكيل السيراميك يمكن أن يجمع بين المرونة أثناء التجميع مع حاجز وقائي أثناء التعرض للحرارة الشديدة.^[3]

كيف يجب عليك اختيار حاجز الهروب الحراري؟

إن شراء المادة ذات درجة الحرارة الأكثر إثارة للإعجاب لا يثبت أن مجموعة البطارية ستقاوم الانتشار الحراري.

تحديد التعرض الفعلي للفشل والتحقق من صحة البناء النهائي. ضع في اعتبارك كيمياء الخلية، وموقع الحاجز، والسمك المتوفر، والضغط، والأداء العازل، والتعرض للهب، وتأثير الجسيمات والمواد المجاورة.

تشير UL Solutions إلى أن الحدث الحراري الجامح يمكن أن يشمل ارتفاع درجة الحرارة والضغط واللهب الشبيه بالنفاثات والجزيئات المقذوفة القادرة على تآكل المواد الواقية. تم تطوير اختبار UL 2596 لفحص أداء المواد ضد هذه المخاطر المجمعة.^[4]

مقارنة حواجز البطاريات الميكا والإيروجيل والسيراميك؟

أرسل إلى Fuqiang تنسيق الخلية وموقع الحاجز والسمك المتاح ومتطلبات الضغط وهدف الحماية الحرارية. يمكن لفريقنا الهندسي مراجعة خيارات المواد المقطوعة وإعداد عينات أولية للتحقق من صحة حزمة البطارية.

التعليمات

هل الإيروجيل أفضل من الميكا لبطاريات السيارات الكهربائية؟

ليس عالميا. يعتبر Airgel مفيدًا بشكل خاص للحواجز الحرارية الرقيقة من خلية إلى أخرى، في حين أن الميكا يمكن أن تكون مفيدة عندما تكون الأولوية للعزل الكهربائي والاستقرار الهيكلي والحماية من درجات الحرارة العالية.

ما هو بديل ورقة الميكا لعزل البطارية؟

اعتمادًا على التطبيق، يمكن أن تشمل البدائل حواجز الهلام الهوائي، ومركبات السيليكون القابلة للتسيراميك وأنظمة العزل الأخرى المعتمدة على السيراميك. يجب اختيار البديل حسب الوظيفة وليس السُمك وحده.

هل يمكن للحاجز الحراري أن يوقف الانفلات الحراري للبطارية؟

لا يوقف الحاجز الفشل الكهروكيميائي داخل الخلية البادئة. يتمثل دورها في تقليل الحرارة ومسارات الانتشار الأخرى بحيث تقل احتمالية دخول الخلايا المجاورة إلى الهروب الحراري.

ما هي أفضل مادة للحماية الحرارية من خلية إلى أخرى؟

لا توجد أفضل المواد العالمية. تحدد كيمياء الخلية والفجوة المتاحة والضغط والتعرض الحراري وبنية العبوة الحاجز المناسب.

هل يمكن استخدام الميكا والإيروجيل في نفس حزمة البطارية؟

نعم. يمكن أن تستخدم العبوة الهلام الهوائي بين الخلايا والميكا أو غيرها من المواد العازلة ذات درجة الحرارة العالية في الوحدة النمطية أو شريط التوصيل أو مواقع العلبة عندما تبرر المتطلبات الهندسية استراتيجية المواد الهجينة.

15 عامًا من منظور تسخير أسلاك السيارات وعزل المركبات الكهربائية

بعد 15 عامًا من العمل في مجال أحزمة أسلاك السيارات والعزل الكهربائي للمركبات الكهربائية، تعلمت أن الحماية من الانفلات الحراري يجب أن يتم تصميمها حسب الموقع ووضع الفشل، وليس حسب السمعة المادية. غالبًا ما تستخدم أقوى حزم البطاريات مواد مختلفة للمقاومة الحرارية على مستوى الخلية، والعزل الكهربائي عالي الجهد والحماية من الحرائق على مستوى العبوة.

المراجع الرسمية

[1] Aspen Aerogels - حواجز حرارية هاربة من خلية إلى خلية

[2] Aspen Aerogels – اختبار الانتشار الحراري من خلية إلى أخرى

[3] Saint-Gobain — حماية بطارية السيارة الكهربائية من الحرائق والانتشار الحراري

[4] حلول UL - تقييم الانفلات الحراري لحاوية البطارية