Aerogel vs Mica: Hvilken er bedre til termisk beskyttelse af EV-batterier?

Valg af den forkerte termiske barriere kan tillade varme fra én svigtende lithium-ion-celle at nå tilstødende celler hurtigere, hvilket øger risikoen for celle-til-celle termisk løbsk udbredelse.

Aerogel er generelt bedre, når designprioriteten er maksimal termisk isolering i et tyndt, let lag, mens glimmer er stærkere, når elektrisk isolering, strukturel stabilitet og højtemperaturbarriereydelse er prioriterede. I mange EV-batteripakker er den bedste løsning ikke at vælge ét materiale universelt, men at bruge hvert materiale, hvor dets egenskaber løser en specifik termisk og elektrisk risiko.

Hvad er hovedforskellen mellem Aerogel og Mica?

Behandling af aerogel og glimmer som udskiftelige isoleringsmaterialer kan resultere i unødvendig tykkelse, vægt, omkostninger eller utilstrækkelig beskyttelse på kritiske steder inde i batteripakken.

Vælg aerogel primært til termisk isolering og glimmer primært til robuste termisk-elektriske barriereapplikationer. Aerogels meget porøse struktur undertrykker varmeoverførsel ekstremt effektivt, mens glimmer giver fremragende dielektriske egenskaber og forbliver formstabil under hårde temperaturer.

Sondringen bliver især vigtig under termisk flugt. UL Solutions bemærker, at termiske hændelser i EV-batterier kan involvere ekstremt høje temperaturer, flammer, tryk og udstødte partikler, hvilket betyder, at materialevalg skal tage hensyn til mere end en enkelt termisk ledningsevneværdi.^[1]

Er Aerogel bedre til celle-til-celle termisk runaway-beskyttelse?

Uden tilstrækkelig isolering mellem tætpakkede celler kan varme frigivet af en svigtende celle hurtigt overføres til naboceller og bidrage til udbredelse gennem modulet.

Aerogel-baserede barrierer er særligt attraktive, hvor ingeniører har brug for stærk termisk modstand med minimal tykkelse og vægt. Deres porøse struktur begrænser fast og gasformig varmeledning, hvilket tillader relativt tynde barrierer for at bremse varmeoverførslen mellem tilstødende overflader.

Dette gør aerogel særligt relevant for celle-til-celle-barrierer i moduler med høj energitæthed , hvor hver millimeter emballageplads betyder noget.

Hvornår er glimmer bedre end aerogel?

Varmeisolering alene er muligvis ikke tilstrækkelig omkring samleskinner, højspændingsforbindelser, moduldæksler og andre steder, hvor elektrisk isolering og mekanisk stabilitet er lige vigtige.

Glimmer er ofte det stærkeste valg, når komponenten skal give både en højtemperaturbarriere og pålidelig dielektrisk isolering. Det kan forarbejdes til plader og tilpassede udstansede dele til modul-, samleskinne-, kabinet- og højspændingsisoleringsstrukturer.

Dette gør glimmer særligt nyttigt i nærheden af ​​HV-samleskinner, stik, elektriske grænseflader, modulgrænser og beskyttelsesområder på pakkeniveau.

Aerogel vs Mica: Hvilket materiale præsterer bedre?

Valg af materialer fra en enkelt specifikation såsom maksimal temperatur kan skjule vigtige forskelle i termisk ledningsevne, kompressionsadfærd, dielektrisk ydeevne, tykkelse og mekanisk holdbarhed.

Sammenlign materialerne efter deres faktiske funktion inde i batteripakken i stedet for at søge efter en universel vinder. En celleadskiller har meget andre krav end en HV-skinnebarriere eller en isoleringskomponent i kapslingen.

Kan Aerogel og Mica bruges sammen?

At tvinge ét isoleringsmateriale til at udføre alle termiske, elektriske og mekaniske funktioner kan skabe en ineffektiv batteripakke og øge materialeomkostningerne uden at forbedre sikkerheden.

En hybrid isoleringsarkitektur kan bruge aerogel nær celler og glimmer omkring elektrisk eller mekanisk krævende områder. Dette giver ingeniører mulighed for at bruge aerogel, hvor termisk modstand pr. tykkelsesenhed betyder mest og glimmer, hvor dielektrisk og strukturel barriereydelse bliver kritisk.

For eksempel kan et batterimodul bruge en aerogel-komposit mellem celler , mens der bruges udstansede glimmerkomponenter omkring samleskinner, højspændingsforbindelser, moduldæksler eller kabinetgrænseflader.

Hvordan skal ingeniører vælge mellem Aerogel og Mica?

At vælge en termisk barriere, før man forstår cellekemien, udbredelsesadfærd, tilgængeligt mellemrum, kompressionsbelastning, spænding og omgivende komponenter kan føre til dyrt omdesign efter modultestning.

Definer først fejlscenariet, og vælg derefter materiale og tykkelse omkring den nødvendige termiske, elektriske og mekaniske ydeevne. Prototypedele skal i sidste ende valideres på de relevante celle-, modul- og pakkeniveauer.

UL Solutions udfører EV-batteriets termiske udbredelsestest fra celle- til pakkeniveau og evaluerer effektiviteten af ​​anti-udbredelsesbarrierer og isoleringsmaterialer.^[2] SAE J2464 behandler også misbrugstest af elektriske og hybridbilers batterier under forhold uden for deres normale driftsområde.^[3]

Har du brug for brugerdefinerede aerogel- eller glimmerdele til et EV-batteriprojekt?

Fuqiang kan understøtte brugerdefinerede batteriisoleringskomponenter i henhold til din celle, modul, pakke, samleskinne, stik og højspændingsledningslayout. Send os din tegning, påkrævede tykkelse, driftstemperatur, spænding og installationssted til materialevalg eller prøveevaluering.

FAQ

Er aerogel bedre end glimmer til EV-batterier?

Ikke universelt. Aerogel er generelt stærkere til højeffektiv termisk isolering, mens glimmer er særligt værdifuldt, når der også kræves elektrisk isolering og strukturel termisk barriereydelse.

Hvor bruges aerogel i en EV-batteripakke?

Aerogel-kompositter anses almindeligvis for tætte termiske barrierer, såsom mellem battericeller eller omkring moduler , hvor begrænsning af varmeoverførsel er kritisk.

Hvor bruges glimmer i EV-batterier?

Mica-komponenter kan bruges omkring moduler, samleskinner, højspændingsforbindelser, batteridæksler og kabinetgrænseflader, der kræver termisk og elektrisk isolering.

Kan glimmer stoppe batteriets termiske løb?

Glimmer forhindrer ikke den elektrokemiske termiske flugt, der opstår inde i en svigtende celle. Det kan indgå i et barrieresystem designet til at forsinke varme- og flammeudbredelse til omgivende komponenter.

Kan aerogel helt forhindre termisk løbsk udbredelse?

Intet materiale bør antages fuldstændigt at forhindre udbredelse uden validering på systemniveau. Barriereydelse afhænger af materialekonstruktion, tykkelse, cellekemi, afstand, kompression, varmeflux, udluftning og pakningsarkitektur.

15-års perspektiv for ledningsnet til biler

Efter 15 års arbejde med ledningsnet til biler og elektriske systemer til elbiler ser jeg batteriisolering som en del af den komplette højspændingsarkitektur – ikke en isoleret materialebeslutning. Aerogel kan styre varmeoverførslen omkring celler, mens glimmer kan give robust termisk og elektrisk adskillelse omkring samleskinner, HV-stik og ledningsgrænseflader.

Det bedste materiale er derfor ikke blot aerogel eller glimmer. Det er materialet, tykkelsen, geometrien og placeringen, der korrekt matcher batteriets reelle fejltilstand.

Autoritative referencer

[1] UL Solutions — Battery Enclosure Thermal Runaway (BETR) evaluering

[2] UL-løsninger — EV-batterimisbrug, brand-, termisk- og ydeevnetest

[3] SAE International — J2464 Test af misbrug af batterier til elektriske køretøjer