Kui paks peaks aerogeeli isolatsioon olema EV akuelementide vahel?

Kui aerogeeli barjäär on liiga õhuke, võib rikkis rakust tulev soojus liiga kiiresti naabrini jõuda; kui see on tarbetult paks, kaotab pakend väärtusliku rakumahu, lisab kulusid ja võib muuta raku tihendamist.

EV akude jaoks ei ole universaalset aerogeeli paksust – õige väärtus tuleb valida elemendi keemia, termilise vooluenergia, saadaoleva vahe, kokkusurumise, kaitstud külje lubatud temperatuuri ja mooduli valideerimise tulemuste hulgast. Prisma- ja kottelementide puhul on konstrueeritud tõkked sageli vaid mõne millimeetri paksused, kuid lõppväärtust tuleb tõestada tegeliku aku arhitektuuriga.

Kas EV akuelementidel on standardne aerogeeli paksus?

Fikseeritud reegli (nt '2 mm aerogeelist piisab iga aku jaoks') kasutamine võib ala kaitsta suure energiatarbega elemente või raisata ruumi väiksema riskiga moodulis.

Õige lahendus on paksuse määratlemine tegeliku kokkusurutud tingimustes nõutavast soojustakistusest. Lahtri formaat, keemia, salvestatud energia, vahekaugus, ventilatsiooni suund, survejõud, tõkke konstruktsioon ja naaberlahtri lubatud temperatuur mõjutavad tulemust.

Aspen Aerogels väidab, et selle autotööstuse rakutõkked on konstrueeritud konkreetsete sihtmärkide, sealhulgas soojusjuhtivuse, paksuse ja survereaktsiooni jaoks , kinnitades, et barjääri paksus on pigem rakendusest sõltuv disainiparameeter kui universaalne arv.^[1]

Kas 2–3 mm õhugeeli barjäärist võib piisata?

Eduka 2–3 mm testitulemuse tsiteerimine, arvestamata elemendi suurust, survet, soojusteed ja õhutamist, võib tekitada vale kindlustunde täiesti erineva akuploki suhtes.

Mõned millimeetrid võivad mõne prisma või kottelemendiga konstruktsiooni puhul olla tehniliselt elujõulised, kuid ainult siis, kui täielik mooduli test kinnitab vajaliku levimisviivituse. Paksust ei saa eraldada materjali koostisest ja kokkusurumisolekust.

Aspen avaldas ühe minimooduli näite, milles kasutati 2,35 mm PyroThin barjääri, mis oli kokku surutud umbes 50% pingeni . kahe 62 Ah prismaatilise raku vahel Selles konkreetses testis ei sisenenud naaberrakk termiliselt põgenema, kuid Aspen märgib ka, et minimoodul eraldas mõned sekundaarsed soojusteed, mis leiti tõelisest pakist.^[2]

See 2,35 mm tulemus on seega kasulik insenerinäide, mitte universaalne EV spetsifikatsioon.

Kuidas muudab kokkusurumine nõutavat paksust?

Ainult selle kokkusurumata paksuse järgi valitud barjäär võib toimida väga erinevalt, kui rakud paisuvad ja moodul surub materjali kogu sõiduki kasutusaja jooksul kokku.

Lahenduseks on hinnata nii eluea algusest kui ka eluea lõpust kokkusurutud paksust ja termilist jõudlust. Prismaatilised ja kottelemendid võivad rattasõidu ajal mõõtmeid muuta, nii et tõke võib toimida ka survepadjana, säilitades samal ajal soojustakistuse.

Aspen määratleb rakkudevaheliste barjääride kriitiliste konstruktsiooniteguritena mehaanilise jõudluse, surveväsimuse ja soojusjuhtivuse kokkusurumisel.^[3]

Millised tegurid määravad aerogeeli paksuse?

Ainuüksi soojusjuhtivuse järgi paksuse valimine eirab muid soojusteid ja mehaanilisi piiranguid, mis võivad domineerida tegelikus soojuse levimises.

Enne barjääri paksuse külmutamist peaksid insenerid hindama täielikku rakkudevahelist liidest. Kõige olulisemad sisendid on näidatud allpool.

Miks mitte kasutada lihtsalt paksemat aerogeeli barjääri?

Iga rakubarjääri ülemõõtmine võib vähendada paketi energiatihedust, suurendada mooduli mõõtmeid ja kulusid ning häirida kavandatud raku tihendussüsteemi.

Õige lahendus on kasutada minimaalset kinnitatud konstruktsiooni, mis vastab termilise leviku ja mehaanilistele nõuetele piisava projekteerimisvaruga. Suuremahuliste elektroonikapakendite puhul võib isegi täiendav millimeetri murdosa, mida korratakse kümnete või sadade rakuliideste vahel, oluliselt mõjutada pakendi mõõtmeid.

See on üks põhjus, miks aerogeel on atraktiivne rakkudevaheliste barjääride jaoks: tootjad saavad kujundada väga kõrge soojustakistuse suhteliselt õhukesteks ja kergeteks struktuurideks.^[4]

Kas rakukeemia muudab nõutavat aerogeeli paksust?

Sama barjääri konstruktsiooni kasutamine LFP, NMC ja muude rakukeemiate jaoks võib tähelepanuta jätta suured erinevused termilise äravoolu käitumises, raku energias, õhutamises ja pakendiarhitektuuris.

Barjäär peaks olema häälestatud raku tegelikule keemiale ja päästikrakkude käitumisele. Aspen märgib, et selle rakutõkked on loodud mitme keemia jaoks, sealhulgas LFP, NMC ja tekkivad tahkissüsteemid, mille paksus- ja jäikusprofiilid on optimeeritud konkreetsete rakenduste jaoks.^[5]

Keemia on oluline, kuid see pole ainus parameeter. Rakkude mahutavus, geomeetria, laetuse olek, vahekaugus, kokkusurumine, jahutamine ja naaberstruktuurid võivad levimiskäitumist oluliselt muuta.

Kas enne mooduli testimist tuleks valida aerogeeli paksus?

Tootmise paksuse külmutamine ainuüksi materjali andmelehe põhjal võib viia kuluka ümberkujundamiseni, kui moodulitaseme testid näitavad juhtivat, kiirgust või ventilatsiooni-gaasi soojusteed, mida kupongi test ei esindanud.

Kasutage algpaksuse määramiseks materjali arvutusi ja rakutaseme testimist, seejärel kinnitage kogu konstruktsioon mooduli või pakendi tasemel enne seeriaväljalaskmist. Tõeline aku sisaldab sakke, siine, jahutusplaate, survekonstruktsioone, pilusid, kinnitusvahendeid, isolatsiooni ja õhutusteid, mis võivad esmasest rakupinna barjäärist mööda minna.

Aspen väidab samuti, et akumoodulid ja -paketid on keerulised süsteemid ja et pole olemas ühtset kõigile sobivat testi elemendibarjääri jõudluse kohta eluea lõpuni.^[3]

Kuidas mõjutab aerogeeli paksus siinid ja aku juhtmeid?

Rakkutõkke paksuse suurendamine ilma ümbritsevat elektripakendit kontrollimata võib muuta mooduli virna mõõtmeid ja tekitada täiendavat pinget siinidele, andurijuhtmetele, pistikutele või kõrgepinge juhtmestiku marsruutimisele.

Õige lahendus on aerogeeli paksuse ülevaatamine koos elektriühenduse süsteemiga. Muudatused kärgede vahekauguses võivad muuta siini geomeetriat, BMS-i anduri juhtme pikkust, pistiku asendit, isolatsioonivahet ja kõrgepingekaablite marsruuti mooduli ümber.

Sel põhjusel ei tohiks termilise barjääri muutust käsitleda isoleeritud materjaliasendusena. Lahtrite vahekaugust, kokkusurumist, vilgukiviisolatsiooni, siinid, silikoonpatju, BMS-i juhtmeid ja HV juhtmestiku liideseid tuleks koos kontrollida enne tööriista külmutamist.

Kas on vaja määratleda õhugeeli rakubarjäär?

Tehnilise ülevaate jaoks valmistage ette elemendi keemia, mahutavus, elemendi mõõtmed, saadaolev vahe, kokkusurumisnõue, sihtpaksuse vahemik, õhutussuund, termilise leviku nõue, moodul CAD ja ümbritsev siini või juhtmestiku paigutus.

Proovi hindamine peaks kinnitama nii termilist jõudlust kui ka kokkusurutud mehaanilist käitumist enne lõpliku toodangu paksuse vabastamist.

KKK

Mis on tüüpiline aerogeeli paksus EV akuelementide vahel?

Universaalset paksust pole olemas. Projekteeritud rakutõkked võivad olla vaid mõne millimeetri paksused, kuid lõppväärtus sõltub materjalist, raku konstruktsioonist, kokkusurumisest ja nõutavast soojuse leviku jõudlusest.

Kas 2 mm aerogeelist piisab akuelementide vahel?

Mõne kujunduse puhul võib see olla piisav ja teiste puhul ebapiisav. Paksus tuleb valideerida, kasutades tegelikku raku keemiat, energiat, kokkusurumist, soojusradasid ja mooduli arhitektuuri.

Kas aerogeeli kokkusurumine vähendab selle termilist kaitset?

Oleneb aerogeeli konstruktsioonist. Autode rakutõkkeid tuleks iseloomustada nende tegeliku kokkusurumisoleku alusel, kuna mehaaniline pinge muudab paksust ja võib mõjutada termilist käitumist.

Kas paksem aerogeel on alati ohutum?

Ei. Suurem paksus võib parandada soojustakistust, kuid võib vähendada paki energiatihedust, muuta elemendi kokkusurumist, suurendada kulusid ja mõjutada siini või juhtmestiku geomeetriat.

Kas aerogeeli tuleks testida raku või mooduli tasemel?

Mõlemad võivad olla kasulikud. Rakkude taseme testid aitavad ekraani barjääri jõudlust, kuid mooduli ja paketi tasemel valideerimine on oluline, kuna kogu akusüsteemis on täiendavad soojusülekande ja õhutusgaasi teed.

15-aastane autoaku ja juhtmestiku perspektiiv

Tuginedes 15-aastasele autoosade ja juhtmestiku kogemusele, ei määratleks ma aerogeelitõket lihtsalt kui '2 mm' või '3 mm', enne kui akupakist aru saan.

Õige paksus on minimaalne kinnitatud konstruktsioon, mis kontrollib soojusülekannet elemendist elemendile, täites samal ajal kokkusurumise, pakkimise, siini, andurjuhtme ja kõrgepinge marsruutimise nõudeid. EV akuplokis tuleb soojusmaterjalid ja elektriühendused projekteerida koos.

Autoriteetsed viited

[1] Aspen Aerogels – PyroThin Airgel rakkudevahelised termilised barjäärid

[2] Aspen Aerogeelid – rakkudest rakkudele termilise leviku minimooduli testimine

[3] Aspen Aerogels – termilise barjääri projekteerimine, kokkusurumine ja valideerimine

[4] Aspen-aerogeelid – termiline levik ja rakkudevahelised tõkked

[5] Aspen Aerogels — EV Battery Thermal Barrier rakendused