Co jsou aerogelové izolační podložky pro baterie EV?

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 EV baterie?

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]

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.

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

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.

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