کدام سد حرارتی برای باتری های EV بهترین است: میکا، ایروژل یا کامپوزیت سرامیکی؟ 

انتخاب یک سد حرارتی باتری EV با حداکثر دما به تنهایی می تواند بسته را در برابر انتشار سلول به سلول، جت های شعله، فرسایش ذرات یا خرابی الکتریکی آسیب پذیر کند.

مواد صحیح بستگی به مکانی دارد که مانع نصب شده است و چه کاری باید در طول کارکرد عادی باتری و یک رویداد حرارتی انجام دهد. ایروژل مخصوصاً برای مقاومت حرارتی سلول به سلول نازک جذاب است، میکا عایق الکتریکی قوی و دمای بالا را ارائه می دهد، در حالی که مواد کامپوزیت سرامیکی می توانند محافظت در برابر آتش و حرارت قوی را در کاربردهای سطح ماژول و بسته ارائه دهند.

بنابراین هیچ برنده جهانی در مقایسه وجود ندارد ایروژل در مقابل میکا . یک مهندس باتری ابتدا باید قبل از انتخاب ماده، میزان قرار گرفتن در معرض حرارت، ضخامت، فشرده سازی، نیازهای دی الکتریک و محل نصب را تعریف کند.

موانع کامپوزیت میکا، ایروژل و سرامیک چگونه با هم تفاوت دارند؟

جایگزینی یک ماده با ماده دیگر در رسانایی حرارتی به تنهایی می تواند یک مشکل را حل کند در حالی که مشکل بسته بندی، فشرده سازی یا عایق الکتریکی ایجاد می کند.

به جای نام مواد، مواد را با تابع مقایسه کنید. ایروژل می تواند مقاومت حرارتی بالایی را در فضای نازک سلول به سلول ایجاد کند. میکا به طور گسترده ای برای عایق های الکتریکی و موانع مقاوم در برابر آتش مناسب است. کامپوزیت های مبتنی بر سرامیک در جایی جذاب می شوند که قرار گرفتن در معرض حرارتی شدید و عملکرد مانع ساختاری مهم باشد.

چه زمانی بین سلول های باتری ایروژل بهتر از میکا است؟

استفاده از مانعی که گرمای بیش از حد را در یک شکاف سلولی باریک هدایت می‌کند، می‌تواند به یک سلول شکست خورده اجازه دهد تا همسایه خود را به اندازه کافی سریع گرم کند تا به انتشار کمک کند.

ایروژل به ویژه در جایی که مقاومت حرارتی بالا باید در فضای نازک سلول به سلول قرار گیرد جالب می شود. موانع تجاری ایروژل EV نیز می‌توانند حول رفتار فشرده‌سازی مهندسی شوند تا این پد در هنگام تورم سلولی طبیعی و همچنین در طول یک رویداد حرارتی غیرعادی عمل کند.^[1]

Aspen Aerogels یک نمونه مینی ماژول را با استفاده از دو سلول منشوری 62 Ah با یک سد PyroThin 2.35 میلی متری با کرنش تقریبا 50% گزارش کرده است. سلول مجاور در آن آزمایش خاص وارد فرار حرارتی نشد، اگرچه آسپن به صراحت اشاره می کند که راه اندازی برخی از مسیرهای انتشار ثانویه موجود در یک بسته کامل را جدا می کند.^[2]

این نتیجه نباید به یک 'قانون هواژل 2.35 میلی متری' جهانی تبدیل شود. مکانیسم های شیمی سلول، انرژی، فاصله، فشرده سازی و انتشار با طراحی باتری متفاوت است.

چه زمانی میکا و کامپوزیت های سرامیکی انتخاب های بهتری هستند؟

استفاده از مواد فشرده سلولی نرم در همه جا می‌تواند شینه‌ها، مرزهای ماژول‌ها یا پوشش‌های بسته را بدون مانع الکتریکی یا ساختاری مورد نیاز باقی بگذارد.

از مواد کامپوزیت میکا یا سرامیکی در مواردی استفاده کنید که طرح به عایق الکتریکی با دمای بالا، مقاومت در برابر آتش یا یک مانع ساختاری پایدارتر نیاز دارد. میکا می تواند به ویژه در اطراف هادی های HV، شینه ها، ساختارهای ماژول و عایق در سطح بسته مفید باشد.

کامپوزیت های سیلیکونی سرامیک پذیر مسیر دیگری را ارائه می دهند. به عنوان مثال، Saint-Gobain محصولات سیلیکونی قابل سرامیک شدن را برای پدهای فرار حرارتی سلول به سلول و محافظت از بسته فهرست می کند و نشان می دهد که یک سیستم تشکیل دهنده سرامیکی می تواند انعطاف پذیری در هنگام مونتاژ را با یک مانع محافظ در هنگام قرار گرفتن در معرض حرارت شدید ترکیب کند.^[3]

چگونه باید یک مانع فرار حرارتی را انتخاب کنید؟

خرید مواد با تاثیرگذارترین ادعای دما ثابت نمی کند که بسته باتری در برابر انتشار حرارتی مقاومت می کند.

قرار گرفتن در معرض شکست واقعی را تعریف کنید و ساخت و ساز تمام شده را تأیید کنید. شیمی سلول، محل سد، ضخامت موجود، فشرده سازی، عملکرد دی الکتریک، قرار گرفتن در معرض شعله، ضربه ذرات و مواد مجاور را در نظر بگیرید.

UL Solutions خاطرنشان می‌کند که یک رویداد فرار حرارتی می‌تواند شامل دمای بالا، فشار، شعله‌های جت مانند و ذراتی باشد که قادر به فرسایش مواد محافظ هستند. آزمایش UL 2596 برای نمایش عملکرد مواد در برابر این خطرات ترکیبی توسعه داده شد.^[4]

مقایسه سدهای باتری میکا، ایروژل و سرامیکی؟

فرمت سلولی، محل مانع، ضخامت موجود، نیاز فشرده سازی و هدف حفاظت حرارتی خود را به فوچیانگ ارسال کنید. تیم مهندسی ما می‌تواند گزینه‌های مواد قالب‌گیری شده را بررسی کرده و نمونه‌های اولیه را برای اعتبارسنجی بسته باتری آماده کند.

سوالات متداول

آیا ایروژل برای باتری های EV بهتر از میکا است؟

نه جهانی. ایروژل به ویژه برای موانع حرارتی سلول به سلول نازک مفید است، در حالی که میکا می تواند در مواردی که عایق الکتریکی، پایداری ساختاری و حفاظت در دمای بالا اولویت دارند، مفید باشد.

جایگزین ورق میکا برای عایق باتری چیست؟

بسته به کاربرد، جایگزین‌ها می‌توانند شامل موانع هواژل، کامپوزیت‌های سیلیکونی سرامیک‌شونده و سایر سیستم‌های عایق مبتنی بر سرامیک باشند. جایگزین باید بر اساس عملکرد و نه ضخامت به تنهایی انتخاب شود.

آیا یک مانع حرارتی می تواند فرار حرارتی باتری را متوقف کند؟

یک مانع شکست الکتروشیمیایی را در داخل سلول آغازگر متوقف نمی کند. نقش آن کاهش گرما و سایر مسیرهای انتشار است، بنابراین سلول‌های همسایه کمتر احتمال دارد وارد فرار حرارتی شوند.

بهترین ماده برای محافظت از سلول به سلول حرارتی چیست؟

بهترین ماده جهانی وجود ندارد. شیمی سلولی، شکاف موجود، فشرده سازی، قرار گرفتن در معرض حرارتی و معماری بسته، مانع مناسب را تعیین می کند.

آیا میکا و ایروژل را می توان در یک بسته باتری استفاده کرد؟

بله. یک بسته می تواند از ایروژل بین سلول ها و میکا یا سایر عایق های با دمای بالا در مکان های ماژول، شینه یا محفظه استفاده کند که الزامات مهندسی استراتژی مواد ترکیبی را توجیه کند.

چشم انداز عایق بند سیم و EV 15 ساله خودرو

پس از 15 سال کار در مورد دسته سیم خودرو و عایق الکتریکی EV، آموخته ام که حفاظت حرارتی باید بر اساس موقعیت مکانی و حالت خرابی طراحی شود، نه بر اساس شهرت مواد. قوی ترین بسته های باتری اغلب از مواد مختلفی برای مقاومت حرارتی در سطح سلول، عایق الکتریکی HV و حفاظت در برابر آتش در سطح بسته استفاده می کنند.

مراجع معتبر

[1] Aspen Aerogels - PyroThin Cell-to-Cell Thermal Runaway Barriers

[2] آئروژل آسپن - آزمایش انتشار حرارتی سلول به سلول

[3] Saint-Gobain - حفاظت در برابر آتش و انتشار حرارتی باتری EV

[4] راه حل های UL - ارزیابی فرار حرارتی محفظه باتری