Co jsou aerogelové izolační podložky pro baterie EV? Průvodce tepelnou bariérou

Pokud jsou bateriové články EV pevně zabaleny bez správné tepelné bariéry, jeden přehřívající se článek může přenášet teplo do sousedních článků, vyvolat šíření tepla, poškodit bateriovou sadu a vytvořit vážné riziko požární bezpečnosti.

Nejúčinnějším řešením je umístění aerogelových izolačních podložek baterie EV mezi články, moduly, zóny přípojnic nebo horká místa na úrovni balení, aby se zpomalil přenos tepla, absorbovalo kompresní napětí a pomohlo řídit šíření tepelného úniku.

Aerogelové izolační podložky baterií EV jsou ultralehké materiály tepelné bariéry používané uvnitř lithium-iontových baterií. Jsou zvláště cenné v balíčcích EV s vysokou hustotou, kde každý milimetr ovlivňuje hustotu energie, bezpečnost a spolehlivost montáže.

Zdroj obrázku: Technický zdroj tepelné bariéry Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

Co je aerogelová izolační podložka baterie EV?

Pokud je termín 'aerogelová podložka' považován za běžnou pěnovou nebo houbovou izolaci, může baterie ztratit kritickou ochranu před přenosem tepla, změnou stlačení a šířením tepla.

Správná odpověď je, že aerogelová izolační podložka pro baterie EV je tenká, lehká tepelná bariéra vyrobená z materiálu na bázi aerogelu a navržená pro ochranu lithium-iontových článků, modulů nebo balení.

Aspen Aerogels popisuje PyroThin jako ultratenkou, lehkou izolaci a protipožární bariéru navrženou ke zmírnění tepelného úniku na úrovni mezi buňkami, moduly a balíčky.^[1] V praktickém bateriovém designu jsou tyto podložky umístěny tam, kde musí být teplo zpožděno, blokováno nebo přesměrováno.

Proč se aerogelové podložky používají v bateriových sadách pro elektromobily?

Pokud se vysokoenergetická baterie spoléhá pouze na kapalinové chlazení a monitorování BMS, může detekovat chybu, ale přesto selže fyzicky zpomalit přenos tepla, jakmile článek přejde do tepelného úniku.

Lepším řešením je kombinace aktivního tepelného managementu s pasivními aerogelovými izolačními podložkami, takže balení má jak kontrolu monitorování, tak fyzický odpor šíření.

Tepelný únik není jen problém s teplotou; je to problém řetězové reakce. Dobrá aerogelová podložka poskytuje bateriové sadě více času snížením vedení tepla z iniciačního článku do sousedních článků.

Špatně: předpokládáme, že samotná chladicí deska může zastavit každou tepelnou událost. Správně: použití chlazení, ventilace, senzorů, BMS logiky a aerogelových bariér společně.

Jak aerogelové izolační podložky zastaví přenos tepla?

Pokud se teplo přes sadu baterií pohybuje příliš rychle, sousední články mohou dosáhnout nebezpečných teplot dříve, než BMS, chladicí deska nebo ventilační cesta ovládnou událost.

Přímým řešením je použití nanoporézní struktury aerogelu k omezení pohybu plynu a snížení přenosu tepla vedením přes izolační vrstvu.

NASA vysvětluje, že aerogely jsou extrémně porézní, mají velmi nízkou hustotu a vysoce účinné při prevenci přenosu tepla, protože jejich póry jsou v rozsahu nanometrů.^[2] Díky tomu je aerogel cenný tam, kde tenká izolace musí fungovat lépe než běžná polymerová pěna.

Zdroj obrázku: Výzkum aerogelových izolačních materiálů NASA.^[2]

Co znamená 'Série' v sérii baterií EV – Aerogelové izolační podložky?

Pokud je 'série' nesprávně chápáno jako speciální elektrická součástka, může být vybrána nesprávná podložka pro nesprávné místo uvnitř baterie.

Správná interpretace je taková, že „sériové aerogelové izolační podložky baterií EV“ obvykle odkazují na aerogelové podložky používané v uspořádání sériově připojených bateriových článků nebo modulů, nikoli podložky, které vedou sériový proud.

EV packy obsahují články zapojené sériově a paralelně pro dosažení cílového napětí a kapacity. Aerogelové podložky jsou normálně neproudové tepelné a mechanické části umístěné v blízkosti dráhy série článků, sestavy modulů nebo bariérové ​​struktury obalu.

Jak se aerogelové polštářky liší od slídy, pěny nebo keramických vláken?

Pokud je podložka baterie pro elektromobily vybrána pouze podle ceny nebo tloušťky, může dojít ke ztrátě rovnováhy mezi blokováním tepla, rekuperací komprese, dielektrickou pevností, hmotností a montážní tolerancí.

Nejlepším řešením je porovnat aerogel, slídu, pěnu a keramická vlákna podle skutečného způsobu selhání: tepelný únik, bobtnání buněk, vibrace, elektrická izolace, vystavení plameni nebo cílová cena.

Aerogel se obvykle volí, když obal potřebuje silnou izolaci v tenké a lehké formě. Slída je silná pro dielektrikum a nehořlavou bariéru, pěna je užitečná pro kompresi a toleranční absorpci a keramické vlákno se používá tam, kde záleží na extrémní tepelné odolnosti.

Kde jsou v bateriovém modulu EV instalovány aerogelové podložky?

Pokud jsou aerogelové podložky umístěny náhodně bez ohledu na tok tepla, směr ventilace, kompresní zatížení a vedení postrojů, může balení stále trpět šířením tepla nebo mechanickými interferencemi.

Správným řešením je umístit aerogelové podložky podle cesty šíření tepla, chemického složení článků, tlaku v sestavě modulů, umístění chladicí desky a vůle vysokonapěťového svazku.

U sáčků a prizmatických buněk jsou mezi velké plochy buněk běžně umístěny podložky. Pro válcové články lze aerogel použít jako fólie, pouzdra, modulové bariéry nebo izolační vrstvy na úrovni balení v závislosti na architektuře.

U projektů OEM nebo baterií zašlete před konečným výběrem podložky požadavek na formát článku, chemii, tlak ve stohu, výkres modulu, ventilační cestu a tepelný test. Malý vzorek řezu může odhalit riziko lícování, stlačení a montáže před opracováním nástrojů.

Jak fungují aerogelové podložky s automobilovými systémy kabelových svazků?

Pokud je vysokonapěťový kabelový svazek, snímací kabelový svazek nebo izolace přípojnic vedena příliš blízko k cestě šíření tepla, izolace se může zhoršit, svorky se mohou uvolnit a diagnostické signály mohou selhat během události poruchy.

Lepším řešením je navrhnout aerogelové izolační podložky společně s VN kabeláží, vedeními snímání napětí, teplotními čidly, kryty přípojnic a strategií těsnění balení.

Bezpečnost baterií není jen chemie článků. Jedná se o kompletní systémový design zahrnující buněčné bariéry, vedení vysokonapěťových kabelových svazků, ventilační kanály, umístění senzoru, uzemnění, stínění a ochranu konektorů.

Jaké údaje o výkonu by měli kupující zkontrolovat?

Pokud dodavatel poskytuje pouze tloušťku a cenu, kupující nemůže posoudit, zda podložka vydrží stlačení, vystavení teplu, plameni, vlhkosti, vibracím nebo namáhání sestavy balení.

Správným řešením je vyžádat si technický list, údaje o tepelné vodivosti, kompresní křivku, výsledek dielektrického testu, informace o odolnosti proti ohni, rozsah provozních teplot a údaje o stárnutí.

Aspen Aerogels poznamenává, že její aerogelová platforma může být optimalizována pro tepelnou vodivost, tloušťku a odezvu na kompresi.^[1] To jsou přesně parametry, které by měli technici baterií přezkoumat před výběrem podložky.

Jaké normy se týkají aerogelových podložek pro baterie EV?

Pokud jsou aerogelové podložky vybrány bez jejich propojení s ověřením bezpečnosti baterie, materiál může vypadat skvěle izolovaně, ale nepodpoří certifikaci na úrovni balení nebo testování zneužití.

Správným řešením je propojit výběr podložek s bezpečnostními testy EV baterií, jako jsou požadavky na tepelné, mechanické, elektrické, ekologické testy a testy na zneužití.

Společnost SwRI vysvětluje, že testování UL 2580 hodnotí bezpečnost baterie EV v rámci elektrických, mechanických, tepelných, ekologických a bezpečnostních testů.^[3] SAE J2464 popisuje testy zneužití, které mohou být použity pro dobíjecí systémy pro ukládání energie elektrických a hybridních elektrických vozidel.^[4]

Špatně: dotaz, zda samotná aerogelová podložka 'vyhovuje UL 2580' Správně: testování kompletní sestavy baterie, protože geometrie balení, chemie článků, ventilace, kabeláž a umístění bariéry ovlivňují konečný výsledek.

Jak byste si měli vybrat aerogelovou podložku pro projekt EV baterie?

Pokud je podložka vybrána poté, co je rozložení balení již zamrzlé, technik může být nucen k nízké tloušťce, špatné kompresi, zablokovanému odvětrávání nebo nebezpečnému uvolnění postroje.

Nejlepším řešením je včasné zapojení dodavatele aerogelové podložky a dodavatele kabelového svazku během návrhu modulu, vysokonapěťového směrování a simulace šíření tepla.

Dobrý proces výběru začíná formátem článku, chemií, hustotou energie, cílovou tloušťkou balení, kompresní silou, polohou chladicí desky, směrem odvětrávání a cílem testu bezpečnosti. Podložka by měla být ověřena ve skutečném zásobníku modulů, nikoli pouze na plochém laboratorním vzorku.

Pro rychlé vyhodnocení zašlete velikost buňky, výkres modulu, cílovou tloušťku, rozsah komprese, událost maximální teploty a roční objem. Malý vyseknutý vzorek aerogelu může pomoci potvrdit montáž před hromadnou výrobou nástrojů.

FAQ

Co jsou aerogelové izolační podložky pro baterie EV?

Jsou to tenké podložky tepelné bariéry na bázi aerogelu používané uvnitř baterií EV ke snížení přenosu tepla, zpomalení šíření tepla a podpoře bezpečnostního designu baterie.

Proč se v bateriích EV používá aerogel?

Aerogel se používá, protože poskytuje silnou tepelnou izolaci v lehké a tenké formě. To pomáhá bateriovým inženýrům chránit články, aniž by zbytečně plýtvalo místem.

Zastaví aerogelové vložky tepelný útěk?

Aerogelové polštářky nezabrání selhání každé buňky. Jejich účelem je zpomalit nebo pomoci zastavit šíření tepla z jednoho selhávajícího článku do sousedních článků, v závislosti na designu kompletní sady.

Kde jsou umístěny aerogelové podložky v bateriovém bloku?

Mohou být umístěny mezi články, mezi moduly, v blízkosti přípojnic, pod kryty balení, vedle ventilačních cest nebo v bariérových zónách na úrovni balení.

Jsou aerogelové podložky elektricky izolující?

Mnoho podložek aerogelových baterií je navrženo s elektrickým izolačním výkonem, ale přesná dielektrická pevnost závisí na struktuře produktu a testovací metodě. Vždy zkontrolujte datový list dodavatele.

Jsou aerogelové podložky lepší než slídové prostěradla?

Řeší různé problémy. Aerogel je silný pro tenkou tepelnou izolaci, zatímco slída je silná pro dielektrikum a nehořlavou bariéru. Mnoho EV balení může používat oba materiály v různých vrstvách.

Mohou aerogelové vložky nahradit kompresní vložky?

Někdy mohou podporovat jak tepelné, tak kompresní funkce, ale ne vždy. Musí se ověřit bobtnání buněk, tlak ve stohu a chování při dlouhodobém stlačování.

Poznámka odborníka

Aerogelové izolační podložky baterií EV nejsou jen měkké fólie umístěné mezi články. Jsou to tepelné bariéry kritické z hlediska bezpečnosti, které musí fungovat s chemií článků, ventilací, kompresí, chlazením, přípojnicemi, senzory, konektory a vedením vysokonapěťových kabelových svazků.

Po 15 letech práce s automobilovými kabelovými svazky, sestavami kabelů baterií elektromobilů, vysokonapěťovými propojeními a vlastními napájecími systémy vozidel je moje pravidlo v terénu jednoduché: bezpečnost baterie nikdy nevytváří pouze jeden materiál; vzniká tak, že každý materiál, drát, konektor a tepelná cesta spolupracují. Pokud váš projekt baterie elektromobilu potřebuje aerogelové izolační podložky, ochranu vysokonapěťového kabelového svazku, izolaci přípojnic nebo kontrolu tepelné bariéry ve fázi vzorku, zašlete před výrobou rozložení článku, třídu napětí, trasu a cíl ověření. Malý vzorek a včasná technická kontrola může později zabránit mnohem většímu selhání na úrovni balíčku.

Reference

1. Aspen Aerogels, 'PyroThin Thermal Runaway Barrier for EVs.' Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, 'Aerogely: tenčí, lehčí, silnější.' Výzkum aerogelu NASA

3. Southwest Research Institute, 'standardní testování baterií UL 2580.' Testování baterie SwRI UL 2580

4. SAE International, 'SAE J2464 Electric and Hybrid Electric Vehicles Safety and Abuse Testing.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Zmírnění tepelného úniku pro elektrická vozidla.' Tepelné bariéry baterií Aspen Aerogels

6. NASA Spinoff, 'Aerogels Insulate Missions and Consumer Products.' NASA Spinoff Aerogel aplikace