Πώς χρησιμοποιούνται τα φύλλα Mica σε επίπεδα κυψέλης, μονάδας και συσκευασίας στις μπαταρίες EV;

Εάν αφεθεί η θερμική διαρροή θερμότητας να μετακινηθεί ελεύθερα από τη μια κυψέλη στην άλλη, μια τοπική αστοχία μπαταρίας μπορεί να κλιμακωθεί σε διάδοση σε επίπεδο μονάδας και τελικά να απειλήσει ολόκληρο το πακέτο μπαταριών.

Επομένως, η πιο αποτελεσματική χρήση της μαρμαρυγίας είναι διαφορετική σε κάθε επίπεδο: λεπτά φράγματα μεταξύ των κυψελών, μεγαλύτερα θερμικά και ηλεκτρικά εμπόδια γύρω από τις μονάδες και πυράντοχη μόνωση στα καπάκια, τους τοίχους, τους διαύλους και άλλες κρίσιμες διεπαφές. Η μίκα δεν είναι ενεργό ψυκτικό υλικό. Ο κύριος ρόλος του είναι να καθυστερεί τη μεταφορά θερμότητας, να διατηρεί τον διηλεκτρικό διαχωρισμό και να προστατεύει τις γύρω κατασκευές κατά τη διάρκεια μη φυσιολογικών συμβάντων υψηλής θερμοκρασίας.

Πώς χρησιμοποιείται η μαρμαρυγία σε επίπεδο κυττάρων;

Όταν δύο κυψέλες είναι σφιχτά συσκευασμένες μεταξύ τους, η απευθείας μεταφορά θερμότητας από επιφάνεια σε επιφάνεια μπορεί να επιτρέψει σε ένα αποτυχημένο στοιχείο να θερμάνει γρήγορα τον γείτονά του και να αυξήσει τον κίνδυνο θερμικής διάδοσης από κύτταρο σε κύτταρο.

Η λύση είναι η εγκατάσταση λεπτών φύλλων μαρμαρυγίας, ελασμάτων μαρμαρυγίας ή κατασκευασμένων φραγμάτων με βάση τη μαρμαρυγία μεταξύ γειτονικών κυψελών όπου η αρχιτεκτονική της μπαταρίας απαιτεί θερμικό και διηλεκτρικό διαχωρισμό. Το φράγμα δημιουργεί πρόσθετη θερμική αντίσταση ενώ διατηρεί την ηλεκτρική μόνωση μεταξύ των αγώγιμων επιφανειών των κυψελών και των γύρω δομών.

Τα άκαμπτα ελάσματα μαρμαρυγίας και μαρμαρυγίας χρησιμοποιούνται ως φράγματα μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας επειδή διατηρούν την ικανότητα ηλεκτρικής μόνωσης σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορούν να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της μεταφοράς θερμότητας κατά τη διάρκεια ενός θερμικού συμβάντος.^[1]

Η μαρμαρυγία σε επίπεδο κυττάρου είναι ιδιαίτερα πρακτική με πρισματικές διατάξεις και διατάξεις κυψέλης, όπου μεγάλες επίπεδες επιφάνειες αντικρίζουν η μία την άλλη. Οι αρχιτεκτονικές κυλινδρικών κυψελών μπορούν αντ 'αυτού να χρησιμοποιούν διαμορφωμένους φραγμούς, χιτώνια, δακτυλίους, διαχωριστές ή άλλα υλικά θερμικής διάδοσης ανάλογα με την απόσταση των κελιών και την κατεύθυνση εξαερισμού.

Η μίκα δεν πρέπει να εμποδίζει τη σχεδιασμένη διαδρομή αερισμού κυψέλης. Ένα φράγμα που επιβραδύνει την πλευρική διάδοση της θερμότητας αλλά ανακατευθύνει το ζεστό αέριο προς ένα άλλο κρίσιμο στοιχείο μπορεί να δημιουργήσει έναν διαφορετικό τρόπο αστοχίας.

Πώς χρησιμοποιείται το Mica σε επίπεδο ενότητας;

Ακόμη και όταν μεμονωμένες κυψέλες έχουν θερμικά εμπόδια, ένα σοβαρό συμβάν μπορεί να εκθέσει το πλαίσιο της μονάδας, τις ράβδους διαύλου, τις ακραίες πλάκες, τις γειτονικές ομάδες κυψελών και τα ηλεκτρικά εξαρτήματα σε υπερβολική θερμότητα.

Η λύση είναι η χρήση μεγαλύτερων εξαρτημάτων μαρμαρυγίας ως φράγματα στην πλευρά της μονάδας, μόνωση τελικής πλάκας, μόνωση ζυγού, προστασία κορυφής και θερμικός διαχωρισμός μεταξύ των ομάδων κυψελών. Σε αυτό το επίπεδο, η μαρμαρυγία δεν προστατεύει πλέον μόνο μία διεπαφή κυψέλης. γίνεται μέρος της αρχιτεκτονικής θερμικής διάδοσης και ηλεκτρικής μόνωσης της μονάδας.

Τα εξαρτήματα μαρμαρυγίας χρησιμοποιούνται συνήθως για ηλεκτρική μόνωση μεταξύ κυψελών, μονάδων και αγώγιμων εξαρτημάτων, καθώς και για θερμικά εμπόδια και πυράντοχη προστασία στα συστήματα μπαταριών EV.^[2]

Η επιλογή υλικού σε επίπεδο μονάδας θα πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τη συμπίεση. Ορισμένες αρχιτεκτονικές μπαταριών χρειάζονται ελεγχόμενη πίεση στη θήκη ή στις πρισματικές κυψέλες, πράγμα που σημαίνει ότι ένα άκαμπτο φύλλο μαρμαρυγίας μπορεί να συνδυαστεί με ένα πιο συμβατό μαξιλαράκι αντί να αναμένεται να παρέχει τόσο πυροπροστασία όσο και διαχείριση συμπίεσης από μόνο του.

Πώς χρησιμοποιείται το Mica σε επίπεδο συσκευασίας;

Εάν ένα θερμικό συμβάν διαφύγει από τη μονάδα, το ζεστό αέριο, η φλόγα, τα σωματίδια και η ακτινοβολούμενη θερμότητα μπορεί να προσβάλλουν το καπάκι της μπαταρίας, το τοίχωμα του περιβλήματος, τις ράβδους υψηλής τάσης, τις καλωδιώσεις, τους συνδετήρες ή τις κοντινές δομές του οχήματος.

Η λύση είναι η χρήση μεγαλύτερων φύλλων μαρμαρυγίας και διαμορφωμένων εξαρτημάτων γύρω από τα κρίσιμα όρια της συσκευασίας, συμπεριλαμβανομένης της κάτω πλευράς του καπακιού της συσκευασίας, των περιμετρικών τοιχωμάτων, των διεπαφών μονάδας προς μονάδα, των περιοχών ζυγών και των ηλεκτρικών εξαρτημάτων υψηλής τάσης. Η μαρμαρυγία σε επίπεδο συσκευασίας παρέχει ένα τελικό θερμικό και διηλεκτρικό φράγμα μεταξύ της εσωτερικής ζώνης αστοχίας της μπαταρίας και του περιβλήματος ή του οχήματος.

Οι βιομηχανικές εφαρμογές περιλαμβάνουν φράγματα κυψελών και μονάδων, μόνωση γύρω από την εσωτερική περίμετρο της μπαταρίας, προστασία από το καπάκι της συσκευασίας και εύκαμπτη μόνωση μαρμαρυγίας γύρω από εξαρτήματα όπως ράβδους και καλωδιώσεις.^[3]

Το επίπεδο συσκευασίας απαιτεί γενικά μεγαλύτερη επιφανειακή κάλυψη από τα εμπόδια σε επίπεδο κυψέλης, επομένως το βάρος, το πάχος, η στερέωση, η αντίσταση στους κραδασμούς, οι εγκοπές, τα ανοίγματα εξαερισμού και οι ανοχές συναρμολόγησης γίνονται πιο σημαντικά.

Η προσθήκη του πιο παχύ φύλλου μαρμαρυγίας παντού δεν είναι αυτόματα το ασφαλέστερο σχέδιο. Τα θερμικά φράγματα πρέπει να λειτουργούν με την εξαέρωση αερίου, την ανακούφιση πίεσης, τις πλάκες ψύξης, τα ηλεκτρικά κενά, τη δυνατότητα συντήρησης και τη συνολική μάζα συσκευασίας.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Mica σε επίπεδο κυψέλης, μονάδας και πακέτου;

Η χρήση του ίδιου πάχους μαρμαρυγίας και γεωμετρίας σε κάθε επίπεδο μπαταρίας μπορεί να προσθέσει περιττή μάζα, αφήνοντας παράλληλα ανεπαρκώς προστατευμένες τις πιο σημαντικές θερμικές διαδρομές.

Η σωστή λύση είναι να επιλέξετε τη μαρμαρυγία σύμφωνα με τη λειτουργία αποτυχίας σε κάθε τοποθεσία αντί να την αντιμετωπίζετε ως ένα γενικό μονωτικό φύλλο μπαταρίας. Οι φραγμοί κυψελών δίνουν προτεραιότητα στον τοπικό έλεγχο διάδοσης, οι φραγμοί μονάδων προστατεύουν μεγαλύτερες ηλεκτρικές και δομικές ζώνες και οι φραγμοί πακέτων προστατεύουν το περίβλημα και τη διεπαφή του οχήματος.

Μια απλοποιημένη σχεδιαστική λογική είναι:

Επίπεδο κυψέλης: Σταματήστε τη μεταφορά της θερμότητας απευθείας στη γειτονική κυψέλη.
Επίπεδο μονάδας: Αποτρέψτε μια ομάδα κελιών από το να διακυβεύσει την πλήρη λειτουργική μονάδα.
Επίπεδο συσκευασίας: Αποτρέψτε τη θερμότητα και τη φλόγα σε επίπεδο μονάδας να επιτεθεί στο περίβλημα και στο περιβάλλον όχημα.

Πώς πρέπει να επιλέγεται το πάχος της μαρμαρυγίας;

Ένα φύλλο μαρμαρυγίας που είναι πολύ λεπτό μπορεί να μην παρέχει αρκετή θερμική καθυστέρηση, ενώ ένα άσκοπα παχύ φύλλο αυξάνει το βάρος, το κόστος, το ύψος στοίβας και τη δυσκολία συναρμολόγησης.

Η λύση είναι ο προσδιορισμός του πάχους μέσω της δοκιμής θερμικής διάδοσης, των απαιτήσεων διηλεκτρικού, των μηχανικών περιορισμών, του χρόνου έκθεσης και της θέσης του φραγμού. Δεν υπάρχει ενιαίο πάχος μαρμαρυγίας που να είναι σωστό για κάθε μπαταρία EV.

Η απαιτούμενη κατασκευή εξαρτάται από τη χημεία του κυττάρου, τη μορφή κυψέλης, την αποθηκευμένη ενέργεια, την απόσταση, την αναμενόμενη ροή θερμότητας, την κατεύθυνση αερίου εξαερισμού, την επιτρεπόμενη θερμοκρασία στην προστατευμένη πλευρά, την ποιότητα μαρμαρυγίας, το σύστημα συνδετικού και αν το υλικό χρησιμοποιείται μόνο του ή ως μέρος φράγματος πολλαπλών στρώσεων.

Για αυτόν τον λόγο, η επιλογή υλικού θα πρέπει να βασίζεται σε αντιπροσωπευτικές δοκιμές μπαταρίας αντί να προσδιορίζει απλώς την 'μίκα 1 mm' ή 'μίκα 2 mm' από έναν γενικό κατάλογο.

Πρέπει το Mica να αντικαταστήσει το Airgel ή τον αφρό σιλικόνης;

Η αντιμετώπιση της μαρμαρυγίας, της αερογέλης και του αφρού σιλικόνης ως εναλλάξιμα υλικά μπορεί να δημιουργήσει κακή θερμική απόδοση επειδή κάθε υλικό επιλύει διαφορετικό συνδυασμό προβλημάτων μόνωσης, συμπίεσης, σφράγισης και πυροπροστασίας.

Η καλύτερη λύση είναι συχνά μια πολυστρωματική σχεδίαση στην οποία η μαρμαρυγία παρέχει διηλεκτρική προστασία και προστασία από τη φλόγα υψηλής θερμοκρασίας, ενώ ένα άλλο υλικό παρέχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, συμμόρφωση, απορρόφηση κραδασμών ή σφράγιση. Οι συνδυασμοί υλικών θα πρέπει να επιλέγονται γύρω από την πραγματική αρχιτεκτονική μπαταρίας και το αποτέλεσμα δοκιμής κατάχρησης.

Ο μαρμαρυγία είναι ιδιαίτερα χρήσιμος όπου απαιτούνται δομικά θερμικά εμπόδια και ηλεκτρική μόνωση. Τα υλικά με βάση το αερογέλη μπορούν να προσφέρουν πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, ενώ οι αφροί σιλικόνης μπορούν να παρέχουν ανάκτηση συμπίεσης και προσαρμογή του διακένου.

Δεν πρέπει να αναμένεται από ένα υλικό να εκτελεί κάθε λειτουργία της μπαταρίας.

Τι πρέπει να ελέγχετε πριν σχεδιάσετε ένα εξάρτημα μπαταρίας Mica;

Η παραγγελία ενός επίπεδου φύλλου μαρμαρυγίας πριν από την επιβεβαίωση της γεωμετρίας της μπαταρίας μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα φραγμένους αεραγωγούς, κακή απόσταση συναρμολόγησης, ραγισμένο υλικό, ακάλυπτες θερμικές διαδρομές ή παρεμβολές σε ράβδους διαύλου και δομές ψύξης.

Η σωστή λύση είναι να σχεδιάσετε το στοιχείο μαρμαρυγίας από το πραγματικό Cell, Module ή Pack CAD και το σενάριο θερμικής διαφυγής. Το πάχος, τα ανοίγματα, οι οπές, οι αποστάσεις των άκρων, οι απαιτήσεις κάμψης, η κόλλα, η μέθοδος τοποθέτησης, οι απαιτήσεις για διηλεκτρισμό και οι επιτρεπόμενες διαστάσεις ανοχές θα πρέπει να καθοριστούν πριν από την κοπή του πρωτοτύπου.

Μηχανικές πληροφορίες που πρέπει να παρέχονται:

Στείλτε τη μορφή κυψέλης, τη θέση μαρμαρυγίας, το σχέδιο CAD, το απαιτούμενο εύρος πάχους, τις μέγιστες διαστάσεις, τον διηλεκτρικό στόχο, τον στόχο θερμικού φραγμού, την απαίτηση κόλλας, την απαίτηση συμπίεσης, τη θερμοκρασία λειτουργίας και την ισχύουσα προδιαγραφή δοκιμής κατάχρησης μπαταρίας.

Πώς πρέπει να επικυρώνονται τα θερμικά εμπόδια Mica;

Ένα φύλλο μαρμαρυγίας μπορεί να επιβιώσει από μια εργαστηριακή δοκιμή φλόγας, αλλά εξακολουθεί να αποτυγχάνει μέσα σε μια μπαταρία εάν τα θερμά σωματίδια παρακάμψουν το φράγμα, οι αρμοί ανοίξουν κατά τη δόνηση ή μεταφέρονται θερμότητα μέσω ακάλυπτων άκρων και συνδετήρων.

Η λύση είναι η επικύρωση τόσο του υλικού όσο και της συναρμολογημένης αρχιτεκτονικής μπαταρίας υπό αντιπροσωπευτικές συνθήκες θερμικής διαφυγής, ηλεκτρικές, μηχανικές και περιβαλλοντικές συνθήκες. Η ευφλεκτότητα υλικού από μόνη της δεν αποδεικνύει ότι ένα σχέδιο κυψέλης, μονάδας ή πακέτου μπορεί να ελέγξει τη θερμική διάδοση.

Η UL Solutions εκτελεί δοκιμές κατάχρησης μπαταρίας EV, πυρκαγιάς και θερμικής διάδοσης και απαριθμεί πρότυπα όπως τα UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 και UNECE R100 μεταξύ των πλαισίων δοκιμής μπαταρίας που χρησιμοποιούνται συνήθως.^[4]

Το ISO 6469-1 καθορίζει απαιτήσεις ασφαλείας για επαναφορτιζόμενα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτροκίνητα οδικά οχήματα, ενώ το έργο UNECE για τον Κανονισμό Νο. 100 αντιμετωπίζει συγκεκριμένα τη θερμική διάδοση και την προστασία των επιβατών από επικίνδυνα συμβάντα μπαταρίας.^[5][6]

Χρειάζεστε ένα προσαρμοσμένο φύλλο Mica για μια μπαταρία EV;

Για μια ανασκόπηση πρωτοτύπου, προετοιμάστε το Cell, Module ή Pack CAD, θέση εγκατάστασης μαρμαρυγίας, στόχο πάχους, απαίτηση διηλεκτρικού, στόχου θερμικής διαφυγής, μέγιστες διαστάσεις, εγκοπές, κατασκευή κόλλας, ποσότητα δείγματος και ετήσια ζήτηση.

Ο καθορισμός του ακριβούς επιπέδου εγκατάστασης καθιστά πολύ πιο εύκολη την επιλογή της σωστής ποιότητας μαρμαρυγίας, πάχους, γεωμετρίας και διαδικασίας κατασκευής.

FAQ

Σε τι χρησιμοποιείται το Mica σε μια μπαταρία EV;

Η μίκα χρησιμοποιείται κυρίως για ηλεκτρική μόνωση υψηλής θερμοκρασίας, θερμικά φράγματα, πυροπροστασία και έλεγχο διάδοσης της θερμικής φυγής γύρω από κυψέλες, μονάδες, ράβδους διαύλου και δομές μπαταριών.

Μπορεί να τοποθετηθεί μαρμαρυγία μεταξύ κυψελών μπαταρίας;

Ναί. Μπορούν να τοποθετηθούν λεπτά φύλλα μαρμαρυγίας ή κατασκευασμένα εμπόδια μαρμαρυγίας μεταξύ γειτονικών κυψελών όπου ο σχεδιασμός της μπαταρίας απαιτεί πρόσθετη διηλεκτρική μόνωση και αντίσταση στη θερμική διάδοση.

Πού χρησιμοποιείται το Mica σε μια μονάδα μπαταρίας;

Οι τυπικές θέσεις περιλαμβάνουν όρια ομάδας κυψελών, πλευρικά τοιχώματα μονάδων, ακραίες πλάκες, ζυγούς, άνω προστασία και ηλεκτρικά αγώγιμες δομές που απαιτούν διηλεκτρική απομόνωση.

Πού χρησιμοποιείται το Mica σε μια μπαταρία;

Η μαρμαρυγία μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάτω από το καπάκι της συσκευασίας, κατά μήκος των τοίχων του περιβλήματος, ανάμεσα σε μονάδες, γύρω από ζυγούς και εξαρτήματα υψηλής τάσης και σε άλλες θέσεις που απαιτούν θερμικά ή ηλεκτρικά εμπόδια.

Το Mica σταματά τη θερμική φυγή;

Κανένα υλικό δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι δεν θα συμβεί θερμική διαφυγή. Η μίκα χρησιμοποιείται ως παθητικό φράγμα για την επιβράδυνση της μεταφοράς θερμότητας, τη διατήρηση της μόνωσης και τη μείωση ή την καθυστέρηση της διάδοσης σε γειτονικά εξαρτήματα.

Είναι το παχύτερο Mica πάντα καλύτερο για τις μπαταρίες EV;

Όχι. Το μεγαλύτερο πάχος μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα φραγμού σε ορισμένα σχέδια, αλλά αυξάνει επίσης το βάρος, τον χώρο συσκευασίας, το κόστος και τη δυσκολία συναρμολόγησης. Το πάχος πρέπει να επικυρωθεί για τη συγκεκριμένη αρχιτεκτονική μπαταρίας.

Πρέπει να δοκιμάζεται το Mica σε επίπεδο κυψέλης, μονάδας ή συσκευασίας;

Το τελικό επίπεδο επικύρωσης πρέπει να αντικατοπτρίζει τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιείται το υλικό. Ο έλεγχος σε επίπεδο κυψέλης είναι χρήσιμος, αλλά ενδέχεται να απαιτούνται δοκιμές σε επίπεδο μονάδας και συσκευασίας, επειδή οι διαδρομές διάδοσης, τα αέρια εξαερισμού, η γεωμετρία του περιβλήματος και τα γειτονικά εξαρτήματα αλλάζουν τη συμπεριφορά του συστήματος.

Προοπτική 15ετούς εξαρτήματος μπαταρίας αυτοκινήτου

Με βάση τα 15 χρόνια εμπειρίας στην κατασκευή εξαρτημάτων αυτοκινήτου και καλωδίων, δεν επιλέγω τη μαρμαρυγία μόνο βάσει θερμοκρασίας ή πάχους. Η πρώτη ερώτηση είναι πάντα πού βρίσκεται το εξάρτημα: Cell, Module ή Pack.

Ένα φράγμα κυψέλης πρέπει να ελέγχει την τοπική μεταφορά θερμότητας χωρίς να ενοχλεί τον εξαερισμό. ένα φράγμα μονάδας πρέπει να προστατεύει τις ηλεκτρικές και δομικές διεπαφές. και ένα φράγμα συσκευασίας πρέπει να προστατεύει το περίβλημα και το γύρω όχημα. Ο αξιόπιστος σχεδιασμός προέρχεται από την αντιστοίχιση της ποιότητας μαρμαρυγίας, του πάχους, του σχήματος, της μεθόδου στερέωσης και της δοκιμής επικύρωσης σε αυτήν ακριβώς τη διαδρομή αστοχίας.

Έγκυρες Αναφορές

[1] Elmelin — Μόνωση Mica για ασφάλεια μπαταρίας EV και φράγματα κυψελών

[2] Elmelin — Εξαρτήματα Mica για θερμική και ηλεκτρική μόνωση μπαταριών

[3] Electrolock — Θερμική προστασία από φυγή στις μπαταρίες EV: Ο ρόλος του Mica

[4] Λύσεις UL — Δοκιμές κατάχρησης μπαταρίας, πυρκαγιάς και θερμικής διάδοσης EV

[5] ISO — ISO 6469-1:2019 Ηλεκτροκίνητα Οδικά Οχήματα, Επαναφορτιζόμενη Ασφάλεια Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας

[6] UNECE — Κανονισμός ΟΗΕ αριθ. 100 Εργασίες θερμικής διάδοσης