چرا ماژول های باتری EV به پدهای عایق ایروژل نیاز دارند؟

هنگامی که یک سلول باتری EV وارد جریان حرارتی می شود، گرما می تواند به سلول های مجاور سرایت کند و یک خرابی موضعی را به آتش سوزی در سطح ماژول تبدیل کند.

موثرترین راه حل غیرفعال، قرار دادن یک پد عایق ایروژل معتبر بین سلول های مجاور یا سایر مسیرهای مهم انتقال حرارت است. ایروژل مقاومت حرارتی بالایی را با ضخامت نسبتا کمی ارائه می‌کند و آن را برای ماژول‌های باتری EV فشرده و پر انرژی جذاب می‌کند.

نمونه های سیلیکا ایروژل ساختار بسیار متخلخل مرتبط با عملکرد عایق حرارتی را نشان می دهد. منبع تصویر: علم ناسا^[1].

چرا پدهای ایرژل بین سلول های باتری EV نصب می شود؟

بدون یک مانع حرارتی سلول به سلول موثر، گرمای یک کیسه یا سلول منشوری شکست خورده می تواند به اندازه کافی سریع به سلول همسایه برسد تا انتشار فرار حرارتی را تحریک کند.

نصب یک پد ایروژل بین سلول های مجاور مقاومت حرارتی را افزایش می دهد و انتقال حرارت رسانا را کند می کند. این به ماژول زمان بیشتری برای کنترل رویداد از طریق ایزوله سازی ساختاری، تهویه هوا، خنک کننده، حفاظت الکتریکی و استراتژی های مدیریت باتری می دهد.

یک مطالعه بررسی شده در سال 2023 بر روی ماژول های باتری لیتیوم یون غنی از نیکل، رسانایی حرارتی حدود 0.020 W/(m·K) را برای ورق سیلیکا ایروژل آزمایش شده در دمای اتاق اندازه گیری کرد. محققان دریافتند که لایه‌بندی کافی آئروژل می‌تواند انتشار فرار حرارتی را در پیکربندی ماژول سلول کیسه‌ای خاص خود سرکوب کند.^[2]

ایروژل با ارزش است زیرا مهندسان باتری همیشه برای میلی متر می جنگند. یک مانع معمولی ضخیم می تواند حجم بسته قابل استفاده را کاهش دهد، در حالی که یک مانع حرارتی با کارایی بالا می تواند به حفظ چگالی انرژی کمک کند بدون اینکه سلول های همسایه را مستقیماً در معرض یک رویداد فرار قرار دهد.

پدهای ایرژل چگونه به توقف انتشار گرما کمک می کنند؟

اگر عایق حرارت را فقط برای چند ثانیه به تاخیر بیندازد اما نتواند سلول همسایه را زیر دمای بحرانی خود نگه دارد، فرار حرارتی ممکن است در کل ماژول ادامه یابد.

هدف صحیح صرفاً استفاده از آئروژل نیست، بلکه استفاده از مقاومت حرارتی تأیید شده کافی برای شیمی سلولی واقعی، حالت شارژ، فشرده سازی و هندسه ماژول است. ایروژل باید به عنوان بخشی از یک سیستم کنترل انتشار حرارتی کامل در نظر گرفته شود.

یک مطالعه مجله ذخیره انرژی در سال 2025 نمد سیلیکا سیلیکا تقویت شده مکانیکی را بین سلول های کیسه سه تایی آزمایش کرد. در آن پیکربندی آزمایشی، نمد هواژل 2 میلی‌متری با موفقیت از انتقال فرار حرارتی جلوگیری کرد ، در حالی که یک نمونه 1 میلی‌متری انتشار را به تأخیر انداخت اما در شرایط آزمایش شده از آن جلوگیری نکرد.^[3]

این بدان معنا نیست که هر باتری EV به پد 2 میلی متری نیاز دارد. این نشان می دهد که چرا مهندسان هرگز نباید ضخامت ایروژل را به تنهایی از یک نمودار عمومی انتخاب کنند. سلول های مختلف می توانند مقادیر بسیار متفاوتی از گرما را در طول فرار حرارتی آزاد کنند.

UL Solutions انتشار حرارتی باتری EV را در سطوح سلول، ماژول و بسته ارزیابی می کند و به طور خاص اثربخشی موانع ضد انتشار و مواد عایق را در نظر می گیرد. این رویکرد آزمایشی منعکس کننده یک اصل مهندسی مهم است: داده های مواد به تنهایی نمی توانند ایمنی بسته باتری را ثابت کنند.^[4]

یک پد عایق ایروژل EV چگونه باید مشخص شود؟

خرید پد ایروژل تنها با رسانایی حرارتی و قیمت می‌تواند باعث خرابی فشرده‌سازی، حفاظت حرارتی ناکافی، ناپایداری ابعادی یا خرابی اعتبارسنجی باتری در مرحله آخر شود.

راه حل صحیح این است که ضخامت، مقاومت حرارتی، رفتار فشرده سازی، عملکرد دی الکتریک، تحمل ابعادی، دوام و الزامات یکپارچه سازی را با هم مشخص کنید. پد نهایی باید تحت شرایط واقعی ماژول باتری به جای اینکه فقط در دمای اتاق باشد تأیید شود.

SAE J2464 راهنمایی آزمایش سوء استفاده را برای سیستم های ذخیره انرژی قابل شارژ خودروهای الکتریکی و هیبریدی در سطوح سلولی، ماژول و بسته ارائه می دهد. این نیاز به ارزیابی رفتار سیستم باتری در شرایط خارج از محدوده عملیاتی عادی به جای تکیه بر مشخصات مواد را تقویت می کند.^[5]

ایروژل همچنین نمی تواند جایگزین طراحی دریچه، خنک کننده، فیوزینگ، قطع جریان، نظارت بر BMS، حفاظت سازه یا ایزوله با ولتاژ بالا شود. فرار حرارتی می تواند انرژی را از طریق سطوح سلول، شینه ها، صفحات خنک کننده، قاب های ماژول، گازهای داغ، شعله و هادی های الکتریکی منتقل کند.

به یک نمونه پد عایق ایروژل برای ماژول باتری EV نیاز دارید؟

شیمی سلول، ابعاد سلول، شکاف موجود، ضخامت هدف، نیاز فشرده سازی، ترسیم ماژول، هدف اعتبارسنجی فرار حرارتی و حجم سالانه خود را برای بررسی اولیه مواد و ساختار ارسال کنید.

سوالات متداول

استفاده از مشخصات آئروژل عمومی بدون آزمایش ماژول می تواند احساس ایمنی کاذب ایجاد کند و باعث طراحی مجدد گران قیمت پس از آزمایش انتشار حرارتی شود.

از این پاسخ ها به عنوان نقطه شروع مهندسی استفاده کنید، سپس ساختار عایق نهایی را در ماژول باتری واقعی تأیید کنید.

پد ایروژل در باتری EV چه کار می کند؟

پد ایروژل مقاومت حرارتی بین سلول ها را افزایش می دهد، انتقال حرارت را از یک سلول از کار افتاده کند می کند و به کاهش خطر انتشار سلول به سلول کمک می کند.

آیا ایروژل می تواند به طور کامل فرار حرارتی باتری EV را متوقف کند؟

خیر. ایرژل نمی تواند از هر شکست سلولی جلوگیری کند. یک مانع طراحی شده به درستی می تواند به توقف یا تأخیر انتشار در یک ماژول معتبر کمک کند، اما ایمنی باتری همچنان به خنک کننده، تهویه، حفاظت الکتریکی، ساختار، سنسورها و استراتژی کنترل بستگی دارد.

ضخامت پد باتری ایروژل چقدر باید باشد؟

هیچ ضخامت جهانی وجود ندارد. مقدار صحیح به شیمی سلول، انرژی، وضعیت بار، فاصله، فشرده سازی، شدت فرار، فضای بسته موجود و آزمایش انتشار مورد نیاز بستگی دارد.

آیا ایروژل برای باتری های EV بهتر از میکا است؟

در هر برنامه ای نیست. ایروژل برای مقاومت حرارتی بالا در فضای محدود جذاب است، در حالی که میکا می تواند عایق الکتریکی قوی و پایداری ساختاری را ارائه دهد. برخی از طرح های باتری EV مواد متعددی را برای دستیابی به حفاظت حرارتی و دی الکتریک ترکیب می کنند.

آیا پد آئروژل عایق الکتریکی نیز می دهد؟

بسته به ساختار کامل مواد، می تواند. مهندسان باید استحکام دی الکتریک واقعی، لایه های سطحی، وضعیت لبه، ضخامت، قرار گرفتن در معرض رطوبت و ولتاژ عملیاتی را به جای اینکه فرض کنند هر پد ایروژل عایق الکتریکی یکسانی را فراهم می کند، بررسی کنند.

توصیه نهایی کارشناس

بر اساس 15 سال تجربه یکپارچه سازی سیم خودرو و EV، من توصیه می کنم پد ایروژل را همراه با سلول های باتری، شین ها، دسته ولتاژ بالا، سنسورهای دما، صفحه خنک کننده، کانکتورها، سیستم فیوز و محفظه ارزیابی کنید. فرار حرارتی تنها یک مسیر را دنبال نمی کند، بنابراین ایمن ترین ماژول باتری آن است که به عنوان یک سیستم کامل الکتریکی، حرارتی و مکانیکی تایید شده است.

برای نمونه پد عایق هواژل، بررسی سد حرارتی باتری، ارزیابی نمونه اولیه یا پروژه عایق EV سفارشی، طراحی ماژول و الزامات فنی خود را قبل از انجماد مشخصات مواد ارائه دهید.

مراجع معتبر

[1]علوم ناسا - نمونه های ایرژل

[2]ایمنی فرآیند و حفاظت از محیط زیست - سرکوب انتشار فرار حرارتی با استفاده از ورقه های سیلیکا ایروژل

[3]مجله ذخیره انرژی - سیلیکا ایروژل تقویت شده مکانیکی برای مهار انتشار فرار حرارتی

[4]راه حل های UL - آزمایش سوء استفاده از باتری EV، آتش سوزی و انتشار حرارتی

[5]SAE International — SAE J2464 RESS ایمنی و تست سوء استفاده