ضخامت عایق ایروژل بین سلول های باتری EV چقدر باید باشد؟

اگر سد هواژل خیلی نازک باشد، گرمای یک سلول از کار افتاده می تواند خیلی سریع به همسایه خود برسد. اگر به طور غیر ضروری ضخیم باشد، بسته حجم سلولی ارزشمندی را از دست می دهد، هزینه را افزایش می دهد و می تواند فشرده سازی سلول را تغییر دهد.

هیچ ضخامت ایروژل جهانی برای باتری‌های EV وجود ندارد - مقدار صحیح باید از بین شیمی سلولی، انرژی فرار حرارتی، شکاف موجود، فشرده‌سازی، دمای مجاز سمت محافظت‌شده و نتایج تایید ماژول انتخاب شود. برای سلول های منشوری و کیسه ای، موانع مهندسی شده اغلب تنها چند میلی متر ضخامت دارند، اما ارزش نهایی باید در معماری واقعی باتری ثابت شود.

آیا ضخامت ایروژل استاندارد برای سلول های باتری EV وجود دارد؟

استفاده از یک قانون ثابت مانند «آروژل ۲ میلی‌متری برای هر باتری کافی است» می‌تواند سلول‌های پرانرژی را کمتر محافظت کند یا فضای خالی را در یک ماژول کم‌خطر هدر دهد.

راه حل صحیح این است که ضخامت را از مقاومت حرارتی مورد نیاز در شرایط فشرده واقعی تعریف کنیم. فرمت سلول، شیمی، انرژی ذخیره شده، فاصله، جهت دریچه، نیروی فشرده سازی، ساخت سد و دمای مجاز روی سلول همسایه، همگی بر نتیجه تأثیر می گذارند.

Aspen Aerogels بیان می کند که موانع سلولی خودروی آن برای اهداف خاصی از جمله مهندسی شده است هدایت حرارتی، ضخامت و پاسخ فشرده سازی ، و تقویت می کند که ضخامت مانع یک پارامتر طراحی وابسته به کاربرد است نه یک عدد جهانی.^[1]

آیا یک سد هواژل 2 تا 3 میلی متری می تواند کافی باشد؟

نقل قول یک نتیجه آزمایش موفقیت آمیز 2 تا 3 میلی متری بدون در نظر گرفتن اندازه سلول، فشرده سازی، مسیرهای گرما و هواگیری می تواند اعتماد کاذب را در یک بسته باتری کاملاً متفاوت ایجاد کند.

چند میلی‌متر می‌تواند از نظر فنی در برخی از طرح‌های منشوری یا سلول کیسه‌ای قابل اجرا باشد، اما تنها زمانی که آزمایش کامل ماژول تأخیر انتشار مورد نیاز را تأیید کند. ضخامت را نمی توان از فرمولاسیون مواد و حالت فشرده سازی جدا کرد.

آسپن یک نمونه مینی ماژول را با استفاده از یک سد PyroThin 2.35 میلی متری که تا حدود 50 درصد کرنش بین دو سلول منشوری 62 Ah فشرده شده منتشر کرد. در آن آزمایش خاص، سلول همسایه وارد گریز حرارتی نشد، اما آسپن همچنین اشاره می‌کند که مینی ماژول برخی از مسیرهای گرمای ثانویه موجود در یک بسته واقعی را ایزوله می‌کند.^[2]

بنابراین، نتیجه 2.35 میلی متری یک مثال مهندسی مفید است - نه یک مشخصات جهانی EV.

چگونه فشرده سازی ضخامت مورد نیاز را تغییر می دهد؟

مانعی که فقط با ضخامت فشرده نشده انتخاب می‌شود، زمانی که سلول‌ها متورم می‌شوند و ماژول مواد را در طول عمر خودرو فشرده می‌کند، ممکن است عملکرد بسیار متفاوتی داشته باشد.

راه حل این است که هم ضخامت فشرده اولیه و هم در پایان عمر و عملکرد حرارتی را ارزیابی کنید. سلول‌های منشوری و کیسه‌ای می‌توانند در طول دوچرخه‌سواری تغییر ابعاد دهند، بنابراین مانع ممکن است در عین حفظ مقاومت حرارتی، به عنوان یک پد فشاری نیز عمل کند.

آسپن به طور خاص عملکرد مکانیکی، خستگی فشرده سازی و هدایت حرارتی تحت فشار را به عنوان عوامل طراحی حیاتی برای موانع سلول به سلول شناسایی می کند.^[3]

چه عواملی ضخامت ایروژل را تعیین می کند؟

انتخاب ضخامت از رسانایی حرارتی به تنهایی، سایر مسیرهای گرما و محدودیت‌های مکانیکی را که می‌توانند بر انتشار واقعی گرمایی غالب باشند، نادیده می‌گیرد.

مهندسان باید قبل از انجماد ضخامت مانع، رابط کامل سلول به سلول را ارزیابی کنند. مهم ترین ورودی ها در زیر نشان داده شده است.

چرا به سادگی از یک مانع هواژل ضخیم تر استفاده نکنید؟

بزرگ کردن هر مانع سلولی می تواند چگالی انرژی بسته را کاهش دهد، ابعاد و هزینه ماژول را افزایش دهد و در سیستم فشرده سازی سلولی مورد نظر اختلال ایجاد کند.

راه حل صحیح استفاده از حداقل ساخت و ساز تایید شده است که الزامات انتشار حرارتی و مکانیکی را با حاشیه طراحی کافی برآورده می کند. در بسته های EV با حجم بالا، حتی یک کسری از میلی متر اضافی که در ده ها یا صدها رابط سلولی تکرار می شود، می تواند بر ابعاد بسته تأثیر بگذارد.

این یکی از دلایل جذابیت ایروژل برای موانع سلول به سلول است: تولیدکنندگان می توانند مقاومت حرارتی بسیار بالایی را در ساختارهای نسبتاً نازک و سبک مهندسی کنند.^[4]

آیا شیمی سلولی ضخامت هواژل مورد نیاز را تغییر می دهد؟

استفاده از طراحی مانع مشابه برای LFP، NMC و سایر شیمی سلولی می‌تواند تفاوت‌های عمده در رفتار گرمایی، انرژی سلول، تهویه و معماری بسته را نادیده بگیرد.

مانع باید با شیمی واقعی سلول و رفتار سلول ماشه تنظیم شود. آسپن خاطرنشان می کند که موانع سلولی آن برای چندین شیمی، از جمله LFP، NMC، و سیستم های حالت جامد در حال ظهور، با پروفایل های ضخامت و سفتی بهینه شده برای کاربردهای خاص طراحی شده اند.^[5]

شیمی مهم است، اما تنها پارامتر نیست. ظرفیت سلول، هندسه، وضعیت بار، فاصله، فشرده سازی، خنک کننده و ساختارهای مجاور می توانند رفتار انتشار را تغییر دهند.

آیا ضخامت ایروژل باید قبل از آزمایش ماژول انتخاب شود؟

انجماد ضخامت تولید از صفحه داده مواد به تنهایی می تواند منجر به طراحی مجدد گران قیمت شود اگر آزمایشات سطح ماژول مسیرهای گرمای رسانا، تشعشعی یا دریچه گاز را نشان دهند که توسط آزمایش کوپن نشان داده نشده اند.

از محاسبات مواد و آزمایش سطح سلول برای تعیین ضخامت شروع استفاده کنید، سپس ساخت و ساز کامل را در سطح ماژول یا بسته قبل از انتشار سریال اعتبارسنجی کنید. یک باتری واقعی شامل زبانه‌ها، شینه‌ها، صفحات خنک‌کننده، ساختارهای فشرده‌سازی، شکاف‌ها، بست‌ها، عایق‌ها و مسیرهای خروجی است که می‌توانند مانع اولیه صفحه سلولی را دور بزنند.

آسپن به طور مشابه بیان می‌کند که ماژول‌ها و بسته‌های باتری، سیستم‌های پیچیده‌ای هستند و هیچ تست یکسانی برای عملکرد سد سلولی تا پایان عمر وجود ندارد.^[3]

چگونه ضخامت ایرژل بر شین و سیم کشی باتری تأثیر می گذارد؟

افزایش ضخامت سد سلولی بدون بررسی بسته‌بندی الکتریکی اطراف می‌تواند ابعاد پشته ماژول را تغییر دهد و فشار بیشتری را روی شین‌ها، سیم‌های حسگر، کانکتورها یا مسیریابی مهار ولتاژ بالا وارد کند.

راه حل صحیح بررسی ضخامت ایروژل همراه با سیستم اتصال الکتریکی است. تغییرات در فاصله سلولی می‌تواند هندسه شینه، طول سیم حسگر BMS، موقعیت اتصال، فاصله عایق و مسیریابی کابل‌های ولتاژ بالا در اطراف ماژول را تغییر دهد.

به همین دلیل، یک تغییر مانع حرارتی نباید به عنوان یک جایگزین ماده ایزوله در نظر گرفته شود. فاصله سلولی، فشرده‌سازی، عایق میکا، شینه‌ها، پدهای سیلیکونی، سیم‌کشی BMS و رابط‌های مهار HV باید قبل از منجمد شدن ابزار با هم بررسی شوند.

آیا نیاز به تعریف سد سلولی ایروژل دارید؟

برای بررسی مهندسی، شیمی سلول، ظرفیت، ابعاد سلول، شکاف موجود، نیاز فشرده سازی، محدوده ضخامت هدف، جهت دریچه، نیاز انتشار حرارتی، ماژول CAD، و شینه اطراف یا طرح سیم کشی را آماده کنید.

ارزیابی نمونه باید عملکرد حرارتی و رفتار مکانیکی فشرده را قبل از آزاد شدن ضخامت نهایی تولید تایید کند.

سوالات متداول

ضخامت معمولی ایروژل بین سلول های باتری EV چیست؟

هیچ ضخامت جهانی وجود ندارد. موانع سلولی مهندسی شده می توانند تنها چند میلی متر ضخامت داشته باشند، اما مقدار نهایی به مواد، طراحی سلول، فشرده سازی و عملکرد حرارتی مورد نیاز بستگی دارد.

آیا ژل 2 میلی متری بین سلول های باتری کافی است؟

ممکن است در برخی از طرح ها کافی و در برخی دیگر ناکافی باشد. ضخامت باید با استفاده از شیمی سلولی واقعی، انرژی، فشرده سازی، مسیرهای گرما و معماری ماژول تایید شود.

آیا فشرده سازی ایرژل محافظت حرارتی آن را کاهش می دهد؟

بستگی به ساختار هواژل دارد. موانع سلولی خودرو باید تحت حالت فشرده سازی واقعی خود مشخص شوند زیرا کرنش مکانیکی ضخامت را تغییر می دهد و می تواند بر رفتار حرارتی تأثیر بگذارد.

آیا ژل ضخیم تر همیشه ایمن تر است؟

خیر. ضخامت بیشتر ممکن است مقاومت حرارتی را بهبود بخشد، اما می تواند چگالی انرژی بسته را کاهش دهد، فشرده سازی سلول را تغییر دهد، هزینه را افزایش دهد و بر هندسه شینه یا سیم کشی تأثیر بگذارد.

آیا ایرژل باید در سطح سلولی یا ماژول آزمایش شود؟

هر دو می توانند مفید باشند. تست‌های سطح سلولی به عملکرد مانع صفحه‌نمایش کمک می‌کنند، اما اعتبارسنجی سطح ماژول و بسته مهم است زیرا مسیرهای انتقال حرارت و خروج گاز اضافی در سیستم کامل باتری وجود دارد.

چشم انداز باتری و سیم مهار 15 ساله خودرو

بر اساس 15 سال تجربه قطعات خودرو و مهار سیم، هرگز قبل از درک پشته باتری، مانع ایروژل را به سادگی به عنوان '2 میلی متر' یا '3 میلی متر' مشخص نمی کنم.

ضخامت صحیح حداقل ساختار تایید شده ای است که انتقال حرارت سلول به سلول را کنترل می کند و در عین حال نیازهای مسیریابی فشرده سازی، بسته بندی، شینه، سیم حسگر و ولتاژ بالا را برآورده می کند. در بسته باتری EV، مواد حرارتی و اتصالات الکتریکی باید با هم طراحی شوند.

مراجع معتبر

[1] Aspen Aerogels - PyroThin Airgel سلول به سلول حرارتی

[2] Aspen Aerogels - تست مینی ماژول انتشار حرارتی سلول به سلول

[3] Aspen Aerogels - طراحی، فشرده سازی و اعتبار سنجی سد حرارتی

[4] آئروژل های آسپن - انتشار فرار حرارتی و موانع سلول به سلول

[5] Aspen Aerogels - کاربردهای سد حرارتی باتری EV