پدهای عایق هواژل باتری EV چیست؟

اگر سلول‌های باتری EV محکم و بدون مانع حرارتی مناسب بسته‌بندی شوند، یک سلول بیش از حد گرم می‌تواند گرما را به سلول‌های همسایه منتقل کند، انتشار حرارتی را آغاز کند، به بسته باتری آسیب برساند و خطر ایمنی آتش‌سوزی جدی ایجاد کند.

موثرترین راه‌حل، قرار دادن پدهای عایق هواژل باتری EV بین سلول‌ها، ماژول‌ها، مناطق شینه یا نقاط داغ در سطح بسته برای کند کردن انتقال حرارت، جذب تنش فشاری و کمک به کنترل انتشار گرمایی است.

پدهای عایق هواژل باتری EV مواد سد حرارتی فوق سبک هستند که در بسته های باتری لیتیوم یون استفاده می شوند. آنها به ویژه در بسته‌های EV با چگالی بالا که هر میلی‌متر بر چگالی انرژی، ایمنی و قابلیت اطمینان مونتاژ تأثیر می‌گذارد، ارزشمند هستند.

منبع تصویر: منبع مهندسی سد حرارتی Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

پد عایق هواژل باتری EV چیست؟

اگر اصطلاح 'پد آئروژل' به عنوان عایق فوم معمولی یا اسفنجی در نظر گرفته شود، بسته باتری ممکن است حفاظت حیاتی را در برابر انتقال حرارت، تغییر فشرده سازی و انتشار گرما از دست بدهد.

پاسخ صحیح این است که پد عایق هواژل باتری EV یک مانع حرارتی نازک و سبک وزن است که از مواد مبتنی بر آئروژل ساخته شده و برای محافظت از سلول‌ها، ماژول‌ها یا بسته‌های لیتیوم یونی مهندسی شده است.

Aspen Aerogels PyroThin را به عنوان یک عایق فوق نازک، سبک وزن و مانع آتش توصیف می کند که برای کاهش فرار حرارتی در سطوح سلول به سلول، ماژول و بسته-موان طراحی شده است.^[1] در طراحی عملی باتری، این پدها در جایی قرار می‌گیرند که گرما باید به تاخیر بیفتد، مسدود شود یا هدایت شود.

چرا پدهای ایرژل در بسته های باتری EV استفاده می شود؟

اگر یک بسته باتری پرانرژی فقط به خنک‌کننده مایع و نظارت بر BMS متکی باشد، ممکن است خطا را تشخیص دهد، اما پس از ورود سلول به گرما، انتقال حرارت را از نظر فیزیکی کند نکند.

راه حل بهتر ترکیب مدیریت حرارتی فعال با پدهای عایق هواژل غیرفعال است، بنابراین بسته دارای کنترل نظارت و مقاومت در برابر انتشار فیزیکی است.

فرار حرارتی تنها یک مشکل دما نیست. این یک مشکل واکنش زنجیره ای است. یک پد هواژل خوب با کاهش انتقال حرارت از سلول آغازگر به سلول‌های مجاور، زمان بیشتری به بسته باتری می‌دهد.

اشتباه: با فرض اینکه صفحه خنک کننده به تنهایی می تواند هر رویداد حرارتی را متوقف کند. درست: استفاده از خنک کننده، تهویه، حسگرها، منطق BMS و موانع هواژل با هم.

چگونه پدهای عایق ایروژل انتقال حرارت را متوقف می کنند؟

اگر گرما خیلی سریع در پشته باتری حرکت کند، سلول های مجاور می توانند قبل از اینکه BMS، صفحه خنک کننده یا مسیر تهویه بتوانند رویداد را کنترل کنند، به دمای خطرناکی برسند.

راه حل مستقیم استفاده از ساختار نانو متخلخل آئروژل برای محدود کردن حرکت گاز و کاهش انتقال حرارت رسانا از طریق لایه عایق است.

ناسا توضیح می دهد که آئروژل ها بسیار متخلخل، چگالی بسیار کم و در جلوگیری از انتقال حرارت بسیار موثر هستند، زیرا منافذ آنها در محدوده نانومتری قرار دارند.^[2] این امر باعث می شود آئروژل در جایی که عایق نازک بهتر از فوم پلیمری معمولی عمل کند، ارزشمند می شود.

منبع تصویر: تحقیقات مواد عایق هواژل ناسا.^[2]

پدهای ایرژل چگونه با سیستم های مهار سیم خودرو کار می کنند؟

اگر مهار ولتاژ بالا، دسته حسگر یا عایق شینه خیلی نزدیک به مسیر انتشار حرارتی قرار گیرد، ممکن است عایق کاهش یابد، پایانه ها شل شوند و سیگنال های تشخیصی ممکن است در طول یک رویداد خطا از کار بیفتند.

راه حل بهتر طراحی پدهای عایق ایروژل همراه با سیم کشی HV، خطوط حسگر ولتاژ، سنسورهای دما، پوشش های شینه و استراتژی آب بندی پک است.

ایمنی باتری فقط شیمی سلولی نیست. این یک طراحی تمام سیستم است که شامل موانع سلولی، مسیریابی مهار ولتاژ بالا، کانال های تهویه، قرارگیری حسگر، زمین، محافظ و حفاظت کانکتور است.

چگونه باید یک پد Airgel را برای پروژه باتری EV انتخاب کنید؟

اگر پد پس از منجمد شدن چیدمان بسته انتخاب شود، ممکن است مهندس مجبور به ضخامت ضعیف، فشرده سازی بد، مسدود شدن تهویه یا فاصله مهار ناامن شود.

بهترین راه حل این است که تامین کننده پد آئروژل و تامین کننده مهار سیم را در مراحل اولیه طرح ماژول، مسیریابی ولتاژ بالا و شبیه سازی انتشار حرارتی درگیر کنید.

یک فرآیند انتخاب خوب با قالب سلولی، شیمی، چگالی انرژی، ضخامت بسته هدف، نیروی فشرده سازی، موقعیت صفحه خنک کننده، جهت تهویه، و هدف تست ایمنی شروع می شود. پد باید در پشته ماژول واقعی، نه تنها در یک نمونه آزمایشگاهی تخت، اعتبارسنجی شود.

برای ارزیابی سریع، اندازه سلول، طراحی ماژول، ضخامت هدف، محدوده فشرده سازی، حداکثر رویداد دمایی و حجم سالانه را ارسال کنید. یک نمونه کوچک آئروژل برش خورده می‌تواند به تأیید برازش قبل از تولید انبوه کمک کند.

سوالات متداول

چرا از ایروژل در باتری های EV استفاده می شود؟

ایروژل به این دلیل استفاده می شود که عایق حرارتی قوی به شکل سبک و نازک ایجاد می کند. این به مهندسان باتری کمک می‌کند تا از سلول‌ها بدون اتلاف فضای بیش از حد بسته محافظت کنند.

آیا پدهای ایروژل فرار حرارتی را متوقف می کنند؟

پدهای ایروژل از شکست هر سلولی جلوگیری نمی کند. هدف آنها کاهش یا کمک به توقف انتشار گرما از یک سلول معیوب به سلول های مجاور است، بسته به طراحی بسته کامل.

پدهای ایروژل در کجای بسته باتری قرار می گیرند؟

آنها را می‌توان بین سلول‌ها، بین ماژول‌ها، نزدیک شینه‌ها، زیر پوشش‌های بسته، کنار مسیرهای هواکش یا در مناطق مانع در سطح بسته قرار داد.

آیا پدهای ایروژل عایق الکتریکی هستند؟

بسیاری از پدهای باتری ایروژل با عملکرد عایق الکتریکی طراحی شده اند، اما استحکام دی الکتریک دقیق به ساختار محصول و روش آزمایش بستگی دارد. همیشه برگه اطلاعات تامین کننده را بررسی کنید.

یادداشت کارشناسی

پدهای عایق هواژل باتری EV فقط صفحات نرمی نیستند که بین سلول ها قرار می گیرند. آنها موانع حرارتی حیاتی برای ایمنی هستند که باید با شیمی سلول، هواگیری، فشرده سازی، خنک کننده، شینه ها، حسگرها، اتصالات و مسیریابی مهار ولتاژ بالا کار کنند.

پس از 15 سال کار با دسته سیم خودرو، مجموعه کابل باتری EV، اتصالات ولتاژ بالا و سیستم های برق سفارشی خودرو، قانون میدانی من ساده است: ایمنی باتری هرگز با یک ماده به تنهایی ایجاد نمی شود. از طریق کارکرد هر ماده، سیم، رابط و مسیر گرمایی با هم ایجاد می شود. اگر پروژه باتری خودروی برقی شما به پدهای عایق ایروژل، حفاظت از مهار HV، عایق شینبار یا بررسی سد حرارتی مرحله نمونه نیاز دارد، طرح سلول، کلاس ولتاژ، مسیر مسیریابی و هدف اعتبارسنجی را قبل از تولید ارسال کنید. یک نمونه کوچک و بررسی اولیه مهندسی می تواند بعداً از خرابی بسیار بزرگتر در سطح بسته جلوگیری کند.

مراجع

1. Aspen Aerogels، 'موانع فرار حرارتی نازک برای خودروهای الکتریکی.' Aspen Aerogels PyroThin

2. ناسا، 'آئروژل ها: نازک تر، سبک تر، قوی تر.' تحقیقات ایرژل ناسا

3. موسسه تحقیقاتی جنوب غربی، 'تست استاندارد باتری UL 2580.' تست باتری SwRI UL 2580

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

5. Aspen Aerogels، 'کاهش فرار حرارتی برای وسایل نقلیه الکتریکی.' موانع حرارتی باتری Aspen Aerogels

6. اسپین اف ناسا، 'آئروژل ها ماموریت ها و محصولات مصرفی را عایق می کنند.' برنامه های کاربردی ایرژل اسپینوف ناسا