Airgel در مقابل میکا: کدام یک برای محافظت حرارتی باتری EV بهتر است؟

انتخاب سد حرارتی نادرست می‌تواند به گرمای یک سلول لیتیوم یونی معیوب اجازه دهد تا سریع‌تر به سلول‌های مجاور برسد و خطر انتشار سلول به سلول فرار حرارتی را افزایش دهد.

ایروژل به طور کلی زمانی بهتر است که اولویت طراحی حداکثر عایق حرارتی در یک لایه نازک و سبک وزن باشد، در حالی که میکا زمانی که عایق الکتریکی، پایداری ساختاری و عملکرد مانع در دمای بالا در اولویت هستند، قوی تر است. در بسیاری از بسته‌های باتری EV، بهترین راه‌حل انتخاب یک ماده به صورت جهانی نیست، بلکه استفاده از هر کدام از آن‌ها است که خواص آن خطر حرارتی و الکتریکی خاصی را برطرف می‌کند.

تفاوت اصلی بین Airgel و Mica چیست؟

استفاده از ایروژل و میکا به عنوان مواد عایق قابل تعویض می‌تواند منجر به ضخامت، وزن، هزینه یا محافظت ناکافی در مکان‌های حیاتی داخل بسته باتری شود.

ایروژل را در درجه اول برای عایق حرارتی و میکا را در درجه اول برای کاربردهای مقاوم حرارتی- الکتریکی انتخاب کنید. ساختار بسیار متخلخل آئروژل انتقال حرارت را به طور بسیار موثری سرکوب می کند، در حالی که میکا خواص دی الکتریک عالی را ارائه می دهد و از نظر ابعادی در دماهای شدید پایدار می ماند.

این تمایز به ویژه در طول فرار حرارتی مهم می شود. UL Solutions خاطرنشان می‌کند که رویدادهای حرارتی باتری EV می‌تواند شامل دماهای بسیار بالا، شعله‌ها، فشار و ذرات خارج‌شده باشد، به این معنی که انتخاب مواد باید بیش از یک مقدار رسانایی حرارتی واحد در نظر گرفته شود.^[1]

آیا ایرژل برای محافظت از سلول به سلول حرارتی بهتر است؟

بدون عایق کافی بین سلول های بسته بندی شده، گرمای آزاد شده توسط یک سلول از کار افتاده می تواند به سرعت به سلول های همسایه منتقل شود و به انتشار در ماژول کمک کند.

موانع مبتنی بر آئروژل به ویژه در جایی که مهندسان به مقاومت حرارتی قوی با حداقل ضخامت و وزن نیاز دارند، جذاب هستند. ساختار متخلخل آنها هدایت گرمای جامد و گاز را محدود می کند و به موانع نسبتاً نازکی اجازه می دهد تا انتقال حرارت بین سطوح همسایه را کندتر کنند.

این امر باعث می‌شود که ایروژل به‌ویژه برای موانع سلول به سلول در ماژول‌های با چگالی انرژی بالا ، جایی که هر میلی‌متر از فضای بسته‌بندی اهمیت دارد، مرتبط باشد.

چه زمانی میکا بهتر از آئروژل است؟

عایق حرارتی به تنهایی ممکن است در اطراف شینه ها، اتصالات ولتاژ بالا، پوشش های ماژول ها و سایر مکان هایی که عایق الکتریکی و پایداری مکانیکی به یک اندازه مهم هستند، کافی نباشد.

میکا اغلب انتخاب قوی‌تری است که جزء باید هم یک مانع با دمای بالا و هم عایق دی الکتریک قابل اعتماد را ایجاد کند. می توان آن را به ورق ها و قطعات برش سفارشی برای ماژول، شینه، محفظه و سازه های عایق ولتاژ بالا تبدیل کرد.

این باعث می‌شود که میکا در نزدیکی شین‌های HV، کانکتورها، رابط‌های الکتریکی، مرزهای ماژول و مناطق حفاظتی در سطح بسته مفید باشد.

Airgel در مقابل میکا: کدام ماده بهتر عمل می کند؟

انتخاب مواد از یک مشخصات واحد مانند حداکثر دما می‌تواند تفاوت‌های مهمی را در هدایت حرارتی، رفتار فشرده‌سازی، عملکرد دی‌الکتریک، ضخامت و دوام مکانیکی پنهان کند.

به جای جستجوی یک برنده جهانی، مواد را با توجه به عملکرد واقعی آنها در بسته باتری مقایسه کنید. یک جداکننده سلولی الزامات بسیار متفاوتی با یک مانع شینه HV یا جزء عایق محفظه دارد.

آیا می توان ایروژل و میکا را با هم استفاده کرد؟

مجبور کردن یک ماده عایق برای انجام هر عملکرد حرارتی، الکتریکی و مکانیکی می تواند یک بسته باتری ناکارآمد ایجاد کند و هزینه مواد را بدون بهبود ایمنی افزایش دهد.

یک معماری عایق هیبریدی می تواند از ایروژل در نزدیکی سلول ها و میکا در اطراف مناطقی که از نظر الکتریکی یا مکانیکی نیاز دارند استفاده کند. این به مهندسان اجازه می دهد تا از ایروژل در جایی که مقاومت حرارتی در واحد ضخامت مهم است و میکا که عملکرد سد دی الکتریک و ساختاری حیاتی است استفاده کنند.

به عنوان مثال، یک ماژول باتری ممکن است از کامپوزیت ایروژل بین سلول ها استفاده کند در حالی که استفاده می کند . از اجزای میکای برش خورده در اطراف شینه ها، اتصالات ولتاژ بالا، پوشش های ماژول یا رابط های محفظه

مهندسان چگونه باید بین Airgel و Mica انتخاب کنند؟

انتخاب یک مانع حرارتی قبل از درک شیمی سلول، رفتار انتشار، شکاف موجود، بار فشاری، ولتاژ و اجزای اطراف می‌تواند منجر به طراحی مجدد گران قیمت پس از آزمایش ماژول شود.

ابتدا سناریوی خرابی را تعریف کنید، سپس مواد و ضخامت را حول عملکرد حرارتی، الکتریکی و مکانیکی مورد نیاز انتخاب کنید. قطعات نمونه اولیه باید در نهایت در سطوح سلول، ماژول و بسته مربوطه تایید شوند.

UL Solutions آزمایش انتشار حرارتی باتری EV را از سطح سلول تا بسته انجام می دهد و اثربخشی موانع ضد انتشار و مواد عایق را ارزیابی می کند.^[2] SAE J2464 همچنین به آزمایش سوء استفاده از باتری‌های خودروهای الکتریکی و هیبریدی در شرایطی فراتر از محدوده عملکرد عادی آنها می‌پردازد.^[3]

برای پروژه باتری EV به قطعات Airgel یا Mica سفارشی نیاز دارید؟

Fuqiang می تواند اجزای عایق باتری سفارشی را با توجه به سلول، ماژول، بسته، باسبار، کانکتور و طرح سیم کشی ولتاژ بالا پشتیبانی کند. نقشه، ضخامت مورد نیاز، دمای عملیاتی، ولتاژ و محل نصب خود را برای انتخاب مواد یا ارزیابی نمونه برای ما ارسال کنید.

سوالات متداول

آیا ایروژل برای باتری های EV بهتر از میکا است؟

نه جهانی. ایروژل به طور کلی برای عایق حرارتی با راندمان بالا قوی تر است، در حالی که میکا به ویژه زمانی ارزشمند است که عایق الکتریکی و عملکرد مانع حرارتی ساختاری نیز مورد نیاز باشد.

ایروژل کجا در بسته باتری EV استفاده می شود؟

کامپوزیت‌های ایروژل معمولاً برای مکان‌های با مانع حرارتی محکم مانند بین سلول‌های باتری یا اطراف ماژول‌ها که در آن محدود کردن انتقال حرارت حیاتی است، در نظر گرفته می‌شوند.

میکا در کجا در باتری های EV استفاده می شود؟

اجزای میکا را می توان در اطراف ماژول ها، شین ها، اتصالات ولتاژ بالا، پوشش های باتری و رابط های محفظه ای که به عایق حرارتی و الکتریکی نیاز دارند، استفاده کرد.

آیا میکا می تواند فرار حرارتی باتری را متوقف کند؟

میکا جلوی فرار حرارتی الکتروشیمیایی را که در داخل یک سلول از کار افتاده رخ می دهد را متوقف نمی کند. این می تواند بخشی از یک سیستم مانع باشد که برای به تاخیر انداختن انتشار گرما و شعله به اجزای اطراف طراحی شده است.

آیا ایروژل می تواند به طور کامل از انتشار فرار حرارتی جلوگیری کند؟

هیچ ماده ای نباید به طور کامل از انتشار بدون اعتبارسنجی در سطح سیستم جلوگیری کند. عملکرد مانع به ساختار مواد، ضخامت، شیمی سلول، فاصله، فشرده سازی، شار حرارتی، تهویه و معماری بسته بستگی دارد.

چشم انداز مهار سیم 15 ساله خودرو

پس از 15 سال کار با دسته سیم خودرو و سیستم های الکتریکی EV، من عایق باتری را به عنوان بخشی از معماری کامل ولتاژ بالا می بینم - نه یک تصمیم جدا شده از مواد. ایروژل می تواند انتقال حرارت را در اطراف سلول ها کنترل کند، در حالی که میکا می تواند جداسازی حرارتی و الکتریکی قوی را در اطراف شین ها، اتصالات HV و رابط های سیم کشی ایجاد کند.

بنابراین بهترین ماده فقط آئروژل یا میکا نیست. این مواد، ضخامت، هندسه و مکان است که به درستی با حالت خرابی واقعی باتری مطابقت دارد.

مراجع معتبر

[1] راه حل های UL - ارزیابی فرار حرارتی محفظه باتری (BETR).

[2] راه حل های UL - تست سوء استفاده، آتش سوزی، حرارتی و عملکرد باتری EV

[3] SAE International — تست سوء استفاده از باتری خودروهای الکتریکی J2464