Τι είναι τα μονωτικά τακάκια EV Battery Airgel;

Εάν οι μπαταρίες EV συσκευάζονται σφιχτά χωρίς το σωστό θερμικό φράγμα, μια κυψέλη υπερθέρμανσης μπορεί να μεταφέρει θερμότητα σε γειτονικές κυψέλες, να προκαλέσει θερμική διάδοση, να καταστρέψει τη μπαταρία και να δημιουργήσει σοβαρό κίνδυνο πυρασφάλειας.

Η πιο αποτελεσματική λύση είναι να τοποθετήσετε επιθέματα μόνωσης αερογέλης μπαταρίας EV μεταξύ κυψελών, μονάδων, ζωνών διαύλου ή θερμών σημείων σε επίπεδο συσκευασίας για την επιβράδυνση της μεταφοράς θερμότητας, την απορρόφηση της πίεσης συμπίεσης και τον έλεγχο της θερμικής διάδοσης.

Τα μόνωση αερογέλης μπαταρίας EV είναι εξαιρετικά ελαφριά υλικά θερμικού φραγμού που χρησιμοποιούνται μέσα σε πακέτα μπαταριών ιόντων λιθίου. Είναι ιδιαίτερα πολύτιμα σε πακέτα EV υψηλής πυκνότητας όπου κάθε χιλιοστό επηρεάζει την ενεργειακή πυκνότητα, την ασφάλεια και την αξιοπιστία της συναρμολόγησης.

Πηγή εικόνας: Aspen Aerogels PyroThin thermal barrier engineering resource.^[1]

Τι είναι ένα μονωτικό μαξιλαράκι αερογέλης μπαταρίας EV;

Εάν ο όρος «μαξιλάρι αερογέλης» αντιμετωπιστεί ως συνηθισμένη μόνωση από αφρό ή σφουγγάρι, η μπαταρία μπορεί να χάσει την κρίσιμη προστασία έναντι της μεταφοράς θερμότητας, της αλλαγής συμπίεσης και της θερμικής διαρροής.

Η σωστή απάντηση είναι ότι ένα μαξιλαράκι μόνωσης αερογέλης μπαταρίας EV είναι ένα λεπτό, ελαφρύ θερμικό φράγμα κατασκευασμένο από υλικό με βάση το αερογέλη και σχεδιασμένο για προστασία κυψελών, μονάδας ή συσκευασίας ιόντων λιθίου.

Η Aspen Aerogels περιγράφει το PyroThin ως ένα εξαιρετικά λεπτό, ελαφρύ μόνωση και φράγμα πυρκαγιάς που έχει σχεδιαστεί για να μετριάζει τη θερμική διαφυγή σε επίπεδα κυψέλης σε κυψέλη, μονάδας και φραγμού συσκευασίας.^[1] Σε πρακτικό σχεδιασμό μπαταριών, αυτά τα μαξιλαράκια τοποθετούνται εκεί όπου η θερμότητα πρέπει να καθυστερήσει, να μπλοκάρει ή να ανακατευθυνθεί.

Γιατί χρησιμοποιούνται τα μαξιλαράκια Airgel σε πακέτα μπαταριών EV;

Εάν ένα πακέτο μπαταριών υψηλής ενέργειας βασίζεται μόνο σε υγρή ψύξη και παρακολούθηση BMS, μπορεί να ανιχνεύσει ένα σφάλμα, αλλά εξακολουθεί να μην επιβραδύνει τη μεταφορά θερμότητας όταν ένα στοιχείο εισέλθει σε θερμική διαφυγή.

Η καλύτερη λύση είναι να συνδυάσετε την ενεργητική θερμική διαχείριση με τα παθητικά επιθέματα μόνωσης αερογέλης, έτσι ώστε η συσκευασία να έχει έλεγχο παρακολούθησης και φυσική αντίσταση διάδοσης.

Η θερμική διαφυγή δεν είναι μόνο πρόβλημα θερμοκρασίας. είναι πρόβλημα αλυσιδωτής αντίδρασης. Ένα καλό μαξιλάρι αερογέλης δίνει στο πακέτο μπαταρίας περισσότερο χρόνο μειώνοντας τη αγωγιμότητα της θερμότητας από την κυψέλη εκκίνησης στις κοντινές κυψέλες.

Λάθος: υποθέτοντας ότι η πλάκα ψύξης από μόνη της μπορεί να σταματήσει κάθε θερμικό συμβάν. Σωστό: χρήση ψύξης, εξαερισμού, αισθητήρων, λογικής BMS και φραγμών αερογέλης μαζί.

Πώς σταματούν τη μεταφορά θερμότητας τα μονωτικά επιθέματα Airgel;

Εάν η θερμότητα μετακινηθεί πολύ γρήγορα μέσω της στοίβας της μπαταρίας, οι γειτονικές κυψέλες μπορεί να φτάσουν σε επικίνδυνες θερμοκρασίες προτού το BMS, η πλάκα ψύξης ή η διαδρομή εξαερισμού μπορέσουν να ελέγξουν το συμβάν.

Η άμεση λύση είναι η χρήση της νανοπορώδους δομής της αερογέλης για τον περιορισμό της κίνησης του αερίου και τη μείωση της αγώγιμης μεταφοράς θερμότητας μέσω του μονωτικού στρώματος.

Η NASA εξηγεί ότι τα αερογέλη είναι εξαιρετικά πορώδη, πολύ χαμηλής πυκνότητας και πολύ αποτελεσματικά στην πρόληψη της μεταφοράς θερμότητας, επειδή οι πόροι τους βρίσκονται στην περιοχή των νανομέτρων.^[2] Αυτό κάνει το airgel πολύτιμο όπου η λεπτή μόνωση πρέπει να έχει καλύτερη απόδοση από τον συνηθισμένο αφρό πολυμερούς.

Πηγή εικόνας: Έρευνα μονωτικού υλικού αερογέλης της NASA.^[2]

Πώς λειτουργούν τα μαξιλαράκια Airgel με τα συστήματα καλωδίωσης αυτοκινήτου;

Εάν η πλεξούδα υψηλής τάσης, η πλεξούδα ανίχνευσης ή η μόνωση της ράβδου ζυγού οδηγηθούν πολύ κοντά σε μια διαδρομή θερμικής διάδοσης, η μόνωση μπορεί να υποβαθμιστεί, οι ακροδέκτες μπορεί να χαλαρώσουν και τα διαγνωστικά σήματα μπορεί να αποτύχουν κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος σφάλματος.

Η καλύτερη λύση είναι να σχεδιάσετε επιθέματα μόνωσης αερογέλης μαζί με καλωδίωση HV, γραμμές ανίχνευσης τάσης, αισθητήρες θερμοκρασίας, καλύμματα ζυγών και στρατηγική στεγανοποίησης πακέτων.

Η ασφάλεια της μπαταρίας δεν είναι μόνο χημεία των κυττάρων. Είναι ένα σχέδιο πλήρους συστήματος που περιλαμβάνει φράγματα κυψελών, δρομολόγηση πλεξούδας υψηλής τάσης, κανάλια εξαερισμού, τοποθέτηση αισθητήρα, γείωση, θωράκιση και προστασία συνδετήρων.

Πώς πρέπει να επιλέξετε ένα μαξιλάρι Airgel για ένα έργο μπαταριών EV;

Εάν το μαξιλαράκι έχει επιλεγεί αφού έχει ήδη παγώσει η διάταξη του πακέτου, ο μηχανικός μπορεί να αναγκαστεί σε κακό πάχος, κακή συμπίεση, μπλοκάρισμα εξαερισμού ή μη ασφαλή διάκενο καλωδίωσης.

Η καλύτερη λύση είναι να εμπλακεί ο προμηθευτής του μαξιλαριού αερογέλης και ο προμηθευτής της πλεξούδας καλωδίων νωρίς κατά τη διάταξη της μονάδας, τη δρομολόγηση υψηλής τάσης και την προσομοίωση θερμικής διάδοσης.

Μια καλή διαδικασία επιλογής ξεκινά με τη μορφή κυψέλης, τη χημεία, την ενεργειακή πυκνότητα, το πάχος του πακέτου στόχου, τη δύναμη συμπίεσης, τη θέση της πλάκας ψύξης, την κατεύθυνση εξαερισμού και τον στόχο δοκιμής ασφαλείας. Το μαξιλαράκι θα πρέπει να επικυρώνεται στην πραγματική στοίβα μονάδων, όχι μόνο σε ένα επίπεδο δείγμα εργαστηρίου.

Για γρήγορη αξιολόγηση, στείλτε το μέγεθος της κυψέλης, το σχέδιο της μονάδας, το πάχος στόχου, το εύρος συμπίεσης, το συμβάν μέγιστης θερμοκρασίας και τον ετήσιο όγκο. Ένα μικρό δείγμα αερογέλης κομμένο με μήτρα μπορεί να βοηθήσει στην επιβεβαίωση της εφαρμογής πριν από τη μαζική παραγωγή εργαλείων.

FAQ

Γιατί χρησιμοποιείται το airgel στις μπαταρίες EV;

Το Airgel χρησιμοποιείται γιατί παρέχει ισχυρή θερμομόνωση σε ελαφριά και λεπτή μορφή. Αυτό βοηθά τους μηχανικούς μπαταριών να προστατεύουν τα κύτταρα χωρίς να σπαταλούν πολύ χώρο στη συσκευασία.

Τα μαξιλαράκια airgel σταματούν τη θερμική διαφυγή;

Τα επιθέματα αερογέλης δεν εμποδίζουν κάθε κύτταρο να αποτύχει. Σκοπός τους είναι να επιβραδύνουν ή να βοηθήσουν στη διακοπή της διάδοσης της θερμότητας από μια αποτυχημένη κυψέλη σε κοντινές κυψέλες, ανάλογα με το σχέδιο του πλήρους πακέτου.

Πού τοποθετούνται τα μαξιλαράκια airgel σε μια μπαταρία;

Μπορούν να τοποθετηθούν μεταξύ κυψελών, μεταξύ μονάδων, κοντά σε ράβδους διαύλου, κάτω από καλύμματα συσκευασίας, δίπλα σε μονοπάτια εξαερισμού ή σε ζώνες φραγμού σε επίπεδο πακέτου.

Τα μαξιλαράκια airgel είναι ηλεκτρικά μονωμένα;

Πολλά τακάκια μπαταριών airgel έχουν σχεδιαστεί με απόδοση ηλεκτρικής μόνωσης, αλλά η ακριβής διηλεκτρική αντοχή εξαρτάται από τη δομή του προϊόντος και τη μέθοδο δοκιμής. Ελέγχετε πάντα το φύλλο δεδομένων προμηθευτή.

Σημείωση εμπειρογνωμόνων

Τα μόνωση αερογέλης μπαταρίας EV δεν είναι απλώς μαλακά φύλλα που τοποθετούνται μεταξύ των κυψελών. Είναι κρίσιμα για την ασφάλεια θερμικά εμπόδια που πρέπει να λειτουργούν με τη χημεία των κυττάρων, τον εξαερισμό, τη συμπίεση, την ψύξη, τους διαύλους, τους αισθητήρες, τους συνδετήρες και τη δρομολόγηση καλωδίων υψηλής τάσης.

Μετά από 15 χρόνια εργασίας με καλώδια αυτοκινήτου, συγκροτήματα καλωδίων μπαταριών EV, διασυνδέσεις υψηλής τάσης και προσαρμοσμένα συστήματα τροφοδοσίας οχημάτων, ο κανόνας μου είναι απλός: η ασφάλεια της μπαταρίας δεν δημιουργείται ποτέ από ένα μόνο υλικό. δημιουργείται από τον τρόπο που κάθε υλικό, σύρμα, σύνδεσμος και διαδρομή θερμότητας συνεργάζονται. Εάν το έργο της μπαταρίας EV σας χρειάζεται επιθέματα μόνωσης αερογέλης, προστασία πλεξούδας HV, μόνωση ζυγού ή αναθεώρηση θερμικού φραγμού σε στάδιο δείγματος, στείλτε τη διάταξη κυψέλης, την κατηγορία τάσης, τη διαδρομή δρομολόγησης και τον στόχο επικύρωσης πριν από την παραγωγή. Ένα μικρό δείγμα και μια πρώιμη ανασκόπηση μηχανικής μπορεί να αποτρέψει μια πολύ μεγαλύτερη αστοχία σε επίπεδο πακέτου αργότερα.

Αναφορές

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

2. NASA, 'Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger.' Έρευνα Airgel της NASA

3. Southwest Research Institute, 'UL 2580 Standard Battery Testing.' Δοκιμή μπαταρίας SwRI UL 2580

4. SAE International, 'SAE J2464 Electric and Hybrid Electric Vehicle Rechargeable Energy Storage System Safety and Abuse Testing.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Thermal Runaway Mitigation for Electric Vehicles.' Θερμικά εμπόδια μπαταρίας Aspen Aerogels

6. NASA Spinoff, 'Aerogels Insulate Missions and Consumer Products.' Εφαρμογές NASA Spinoff Airgel