Mitä ovat EV Battery Airgel -eristystyynyt? Lämpöesteen opas

Jos sähköauton akkukennot on pakattu tiiviisti ilman oikeaa lämpösulkua, yksi ylikuumenemiskenno voi siirtää lämpöä viereisiin kennoihin, laukaista lämmön leviämisen, vahingoittaa akkua ja aiheuttaa vakavan paloturvallisuusriskin.

Tehokkain ratkaisu on sijoittaa EV-akun aerogeelieristystyynyt kennojen, moduulien, virtakiskovyöhykkeiden tai pakkaustason hot spottien väliin lämmönsiirron hidastamiseksi, puristusjännityksen vaimentamiseksi ja lämmön karkaamisen hallinnassa.

EV-akun aerogeelieristystyynyt ovat ultrakevyitä lämpösulkumateriaaleja, joita käytetään litiumioniakkujen sisällä. Ne ovat erityisen arvokkaita suuritiheyksissä EV-paketeissa, joissa jokainen millimetri vaikuttaa energiatiheyteen, turvallisuuteen ja kokoonpanon luotettavuuteen.

Kuvan lähde: Aspen Aerogels PyroThin lämpösulun suunnitteluresurssi.^[1]

Mikä on EV Battery Airgel -eristystyyny?

Jos termiä 'aerogeelityyny' käsitellään tavallisena vaahto- tai sienieristeenä, akkupakkaus voi menettää kriittisen suojan lämmönsiirtoa, puristusmuutoksia ja lämmön karkaamista vastaan.

Oikea vastaus on, että EV-akun aerogeelieristystyyny on ohut, kevyt lämpösuoja, joka on valmistettu aerogeelipohjaisesta materiaalista ja suunniteltu litiumionikennojen, -moduulien tai -pakkausten suojaamiseen.

Aspen Aerogels kuvailee PyroThiniä erittäin ohueksi, kevyeksi eriste- ja paloesteeksi, joka on suunniteltu vähentämään lämmön karkaamista solusta kennoon, moduulien ja pakkausesteiden tasolla.^[1] Käytännön akun suunnittelussa nämä tyynyt sijaitsevat paikoissa, joissa lämpöä on viivästettävä, estettävä tai ohjattava uudelleen.

Miksi Airgel-tyynyjä käytetään sähköautojen akuissa?

Jos korkean energian akku käyttää vain nestejäähdytystä ja BMS-valvontaa, se voi havaita vian, mutta ei silti pysty hidastamaan lämmönsiirtoa fyysisesti, kun kenno pääsee lämpökarkaamaan.

Parempi ratkaisu on yhdistää aktiivinen lämmönhallinta passiivisiin aerogeelieristystyynyihin, jolloin pakkauksessa on sekä valvontaohjaus että fyysinen etenemisvastus.

Lämpökarkaistuminen ei ole vain lämpötilaongelma; se on ketjureaktio-ongelma. Hyvä aerogeelityyny antaa akulle enemmän aikaa vähentämällä lämmön johtumista aloituskennosta läheisiin kennoihin.

Väärin: oletetaan, että jäähdytyslevy yksin voi pysäyttää jokaisen lämpötapahtuman. Oikein: käyttämällä jäähdytystä, tuuletusta, antureita, BMS-logiikkaa ja aerogeeliesteitä yhdessä.

Kuinka Airgel-eristystyynyt pysäyttävät lämmönsiirron?

Jos lämpö liikkuu liian nopeasti akkupinon läpi, viereiset kennot voivat saavuttaa vaarallisen lämpötilan ennen kuin BMS, jäähdytyslevy tai tuuletusreitti voivat hallita tapahtumaa.

Suora ratkaisu on käyttää aerogeelin nanohuokoista rakennetta rajoittamaan kaasun liikettä ja vähentämään johtavaa lämmönsiirtoa eristekerroksen läpi.

NASA selittää, että aerogeelit ovat erittäin huokoisia, tiheydeltään hyvin pieniä ja erittäin tehokkaita lämmönsiirron estämisessä, koska niiden huokoset ovat nanometrin alueella.^[2] Tämä tekee aerogeelistä arvokasta, kun ohuen eristyksen on toimittava paremmin kuin tavallisen polymeerivaahto.

Kuvan lähde: NASAn aerogeelieristemateriaalitutkimus.^[2]

Mitä 'sarja' tarkoittaa EV Battery Series -Aerogel-eristystyynyissä?

Jos 'sarja' ymmärretään väärin erityiseksi sähkökomponentiksi, väärä tyyny voi olla valittu väärään paikkaan akun sisällä.

Oikea tulkinta on, että 'EV-akun sarja-aerogeelieristystyynyt' viittaavat yleensä aerogeelityynyihin, joita käytetään sarjaan kytketyssä akkukenno- tai moduulijärjestelyssä, ei sarjavirtaa johtavaa tyynyä.

EV-paketit sisältävät kennoja, jotka on kytketty sarjaan ja rinnan tavoitejännitteen ja -kapasiteetin saavuttamiseksi. Airgel-tyynyt ovat tavallisesti ei-virtaa kuljettavia lämpö- ja mekaanisia osia, jotka on sijoitettu lähelle kennosarjan polkua, moduulipinoa tai pakkaussulkurakennetta.

Miten Airgel-tyynyt eroavat kiillestä, vaahtomuovista tai keraamisesta kuidusta?

Jos EV-akkutyyny valitaan vain hinnan tai paksuuden perusteella, pakkaus saattaa menettää tasapainon lämmöneston, puristuksen talteenoton, dielektrisen lujuuden, painon ja kokoonpanotoleranssin välillä.

Paras ratkaisu on verrata aerogeeliä, kiillettä, vaahtoa ja keraamista kuitua todellisen vikatilan mukaan: lämpökarkaistu, solun turpoaminen, tärinä, sähköeristys, liekille altistuminen tai kustannuskohde.

Airgel valitaan yleensä silloin, kun pakkaus tarvitsee vahvan eristyksen ohuessa ja kevyessä muodossa. Kiille on vahva dielektrisen ja liekinsuojan suorituskyvyn kannalta, vaahto on hyödyllinen puristus- ja sietokyvyn absorptiossa, ja keraamista kuitua käytetään äärimmäisellä lämmönkestävyydellä.

Mihin Airgel-tyynyt asennetaan sähköauton akkumoduuliin?

Jos aerogeelityynyt asetetaan satunnaisesti ottamatta huomioon lämmön virtausta, tuuletussuuntaa, puristuskuormaa ja valjaiden reititystä, pakkaus voi silti kärsiä lämmön etenemisestä tai mekaanisista häiriöistä.

Oikea ratkaisu on sijoittaa aerogeelityynyt lämmön etenemisreitin, kennokemian, moduulipinon paineen, jäähdytyslevyn sijainnin ja suurjännitevaljaiden välyksen mukaan.

Pussi- ja prismakennoissa tyynyt sijoitetaan yleensä suurten kennopintojen väliin. Sylinterimäisissä kennoissa aerogeeliä voidaan käyttää levyinä, holkkeina, moduuliesteinä tai pakkaustason eristyskerroksina arkkitehtuurista riippuen.

OEM- tai akkuprojekteissa lähetä kennomuoto, kemia, pinopaine, moduulipiirustus, tuuletuspolku ja lämpötestivaatimukset ennen lopullista tyynyn valintaa. Pieni näyteleikkaus voi paljastaa sovitus-, puristus- ja kokoonpanoriskin ennen työkalua.

Kuinka Airgel-tyynyt toimivat autojen johdinsarjajärjestelmien kanssa?

Jos suurjännitejohtosarja, anturijohtosarja tai virtakiskon eristys reititetään liian lähelle lämmön etenemisreittiä, eristys voi huonontua, liittimet voivat löystyä ja diagnostiikkasignaalit voivat epäonnistua vikatapahtuman aikana.

Parempi ratkaisu on suunnitella aerogeelieristystyynyt yhdessä HV-johdotuksen, jännitteentunnistuslinjojen, lämpötila-anturien, virtakiskokansien ja pakkauksen tiivistysstrategian kanssa.

Akun turvallisuus ei ole vain kennokemiaa. Se on koko järjestelmän suunnittelu, joka sisältää kennoesteet, suurjännitejohtosarjan reitityksen, tuuletuskanavat, anturin sijoittelun, maadoituksen, suojauksen ja liitinsuojauksen.

Mitä suorituskykytietoja ostajien tulee tarkistaa?

Jos toimittaja ilmoittaa vain paksuuden ja hinnan, ostaja ei voi arvioida, kestääkö tyyny puristuksen, lämpöaltistuksen, liekin, kosteuden, tärinän tai pakkauksen kokoonpanorasituksen.

Oikea ratkaisu on pyytää tekninen tietolomake, lämmönjohtavuustiedot, puristuskäyrä, dielektrisyystestitulos, liekinkestävyystiedot, käyttölämpötila-alue ja ikääntymistiedot.

Aspen Aerogels toteaa, että sen aerogeelialusta voidaan optimoida lämmönjohtavuuden, paksuuden ja puristusvasteen mukaan.^[1] Juuri nämä parametrit akkuinsinöörien tulisi tarkistaa ennen tyynyn valitsemista.

Mitkä standardit liittyvät EV Battery Airgel -tyynyihin?

Jos aerogeelityynyt valitaan yhdistämättä niitä akun turvatarkistukseen, materiaali saattaa näyttää erinomaiselta erikseen, mutta se ei tue pakkaustason sertifiointia tai väärinkäyttötestausta.

Oikea ratkaisu on yhdistää tyynyn valinta EV-akkujen turvallisuustesteihin, kuten lämpö-, mekaaninen, sähkö-, ympäristö- ja väärinkäyttötestausvaatimuksiin.

SwRI selittää, että UL 2580 -testaus arvioi sähköajoneuvojen akkujen turvallisuutta sähköisissä, mekaanisissa, lämpö-, ympäristö- ja turvallisuuteen liittyvissä testeissä.^[3] SAE J2464 kuvaa väärinkäyttötestejä, joita voidaan käyttää sähkö- ja hybridisähköajoneuvojen ladattavissa energian varastointijärjestelmissä.^[4]

Väärin: kysytään, läpäiseekö aerogeelityyny yksinään UL 2580:n. Oikein: koko akkukokoonpanon testaus, koska akun geometria, kennokemia, tuuletus, johdotus ja esteen sijoitus vaikuttavat kaikki lopputulokseen.

Kuinka sinun pitäisi valita Airgel Pad EV-akkuprojektiin?

Jos tyyny valitaan sen jälkeen, kun pakkauksen asettelu on jo jäätynyt, suunnittelija saattaa joutua huonoon paksuuteen, huonoon puristumiseen, tukkeutumaan tuuletukseen tai vaaralliseen valjaiden välykseen.

Paras ratkaisu on ottaa aerogeelityynyn toimittaja ja johdinsarjan toimittaja mukaan varhaisessa vaiheessa moduulien suunnittelun, suurjännitteen reitityksen ja lämmön etenemisen simuloinnin aikana.

Hyvä valintaprosessi alkaa kennomuodosta, kemiasta, energiatiheydestä, tavoitepakkauksen paksuudesta, puristusvoimasta, jäähdytyslevyn asennosta, tuuletussuunnasta ja turvatestin kohteesta. Tyyny tulee validoida todellisessa moduulipinossa, ei vain litteässä laboratorionäytteessä.

Nopeaa arviointia varten lähetä solun koko, moduulipiirustus, tavoitepaksuus, puristusalue, maksimilämpötilatapahtuma ja vuositilavuus. Pieni stanssattu aerogeelinäyte voi auttaa varmistamaan sopivuuden ennen massatuotannon työkaluja.

FAQ

Mitä ovat EV-akun aerogeelieristystyynyt?

Ne ovat ohuita aerogeelipohjaisia ​​lämpösuojatyynyjä, joita käytetään sähköajoneuvojen akkujen sisällä vähentämään lämmönsiirtoa, hidastamaan lämmön leviämistä ja tukemaan akun turvallisuussuunnittelua.

Miksi aerogeeliä käytetään sähköautojen akuissa?

Airgeeliä käytetään, koska se tarjoaa vahvan lämmöneristyksen kevyessä ja ohuessa muodossa. Tämä auttaa akkusuunnittelijoita suojaamaan soluja tuhlaamatta liikaa pakkaustilaa.

Estävätkö aerogeelityynyt lämmön karkaamisen?

Airgeelityynyt eivät estä jokaista solua rikkoutumasta. Niiden tarkoitus on hidastaa tai auttaa pysäyttämään lämmön leviäminen yhdestä viallisesta kennosta läheisiin soluihin, riippuen koko paketin suunnittelusta.

Mihin aerogeelityynyt sijoitetaan akussa?

Ne voidaan sijoittaa kennojen väliin, moduulien väliin, lähelle virtakiskoja, pakkauskansien alle, tuuletuspolkujen viereen tai pakkaustason estevyöhykkeille.

Eristävätkö aerogeelityynyt sähköä?

Monet aerogeeliakkutyynyt on suunniteltu sähköeristysominaisuuksiltaan, mutta tarkka dielektrinen lujuus riippuu tuotteen rakenteesta ja testausmenetelmästä. Tarkista aina toimittajan tuoteseloste.

Ovatko aerogeelityynyt parempia kuin kiillelevyt?

Ne ratkaisevat erilaisia ​​ongelmia. Airgel on vahva ohuelle lämmöneristykselle, kun taas kiille on vahvaa eriste- ja liekinestokykyyn. Monissa sähköautopakkauksissa voidaan käyttää molempia materiaaleja eri kerroksissa.

Voivatko aerogeelityynyt korvata puristustyynyt?

Joskus ne voivat tukea sekä lämpö- että pakkaustoimintoja, mutta eivät aina. Solujen turpoaminen, pinon paine ja pitkäaikainen puristuskäyttäytyminen on validoitava.

Asiantuntijan huomautus

EV-akun aerogeelieristystyynyt eivät ole vain pehmeitä levyjä, jotka on asetettu kennojen väliin. Ne ovat turvallisuuden kannalta kriittisiä lämpöesteitä, joiden on toimittava kennokemian, tuuletuksen, puristuksen, jäähdytyksen, virtakiskojen, antureiden, liittimien ja suurjännitteisen johtosarjan reitityksen kanssa.

Olen työskennellyt 15 vuotta autojen johdinsarjojen, sähköajoneuvojen akkukaapelikokoonpanojen, suurjänniteliitäntöjen ja mukautettujen ajoneuvojen virtajärjestelmien parissa, joten kenttäsääntöni on yksinkertainen: akun turvallisuutta ei koskaan luo yksi materiaali. se syntyy tavasta, jolla jokainen materiaali, johto, liitin ja lämpötie toimivat yhdessä. Jos sähköajoneuvojen akkuprojektisi tarvitsee aerogeelieristystyynyjä, HV-johtosarjan suojausta, virtakiskoeristystä tai näytevaiheen lämpösulun tarkistusta, lähetä kennoasettelu, jänniteluokka, reitityspolku ja validointikohde ennen tuotantoa. Pieni näyte ja varhainen suunnittelutarkistus voivat estää paljon suuremman pakkaustason vian myöhemmin.

Viitteet

1. Aspen Aerogels, 'PyroThin Thermal Runaway Barrier for EVs.' Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, 'Aerogeelit: ohuempi, kevyempi, vahvempi.' NASA Airgel Research

3. Southwest Research Institute, 'UL 2580 Standard Battery Testing' SwRI UL 2580 -akun testaus

4. SAE International, 'SAE J2464 sähkö- ja hybridiajoneuvojen ladattavan energian varastointijärjestelmän turvallisuuden ja väärinkäytön testaus.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Sähköajoneuvojen lämpöpaon lievennys.' Aspen Aerogelsin akun lämpöesteet

6. NASA Spinoff, 'Aerogels Insulate Missions and Consumer Products' NASA Spinoff Airgel -sovellukset