כמה עבה צריך להיות בידוד Aerogel בין תאי סוללת EV?

אם מחסום האירוג'ל דק מדי, חום מתא כושל יכול להגיע לשכנו מהר מדי; אם הוא עבה שלא לצורך, החבילה מאבדת נפח תאים יקר, מוסיף עלות ויכולה לשנות את דחיסת התאים.

אין עובי אוויר ג'ל אוניברסלי עבור סוללות EV - יש לבחור את הערך הנכון מתוך כימיה של התא, אנרגיה תרמית-בורחת, מרווח זמין, דחיסה, טמפרטורת צד מוגן מותרת ותוצאות אימות מודול. עבור תאי מנסרה ופאוץ', מחסומים מהונדסים הם לרוב בעובי של כמה מילימטרים בלבד, אך יש להוכיח את הערך הסופי בארכיטקטורת הסוללה בפועל.

האם יש עובי איירגל סטנדרטי עבור תאי סוללת EV?

שימוש בכלל קבוע כמו '2 מ'מ איירגל מספיק לכל סוללה' יכול להגן על תאים בעלי אנרגיה גבוהה או לבזבז מקום במודול בעל סיכון נמוך יותר.

הפתרון הנכון הוא להגדיר עובי מההתנגדות התרמית הנדרשת במצב הדחוס בפועל. פורמט התא, כימיה, אנרגיה מאוחסנת, מרווח, כיוון אוורור, כוח דחיסה, בניית מחסום וטמפרטורה מותרת בתא השכן כולם משפיעים על התוצאה.

Aspen Aerogels מצהירה כי מחסומי תא הרכב שלה מתוכננים עבור מטרות ספציפיות כולל מוליכות תרמית, עובי ותגובת דחיסה , מה שמחזק שעובי המחסום הוא פרמטר עיצוב תלוי יישום ולא מספר אוניברסלי.^[1]

האם מחסום איירגל בגודל 2-3 מ'מ יכול להספיק?

ציטוט של תוצאת בדיקה מוצלחת של 2-3 מ'מ מבלי להתחשב בגודל התא, דחיסה, נתיבי חום ואוורור עלול ליצור ביטחון כוזב בחבילת סוללות שונה לחלוטין.

כמה מילימטרים יכולים להיות כדאיים מבחינה טכנית בעיצובים מנסרים או תאי כיס, אך רק כאשר בדיקת המודול המלאה מאשרת את עיכוב ההפצה הנדרש. לא ניתן להפריד את העובי מניסוח החומר ומצב הדחיסה.

אספן פרסמה דוגמה אחת של מיני מודול באמצעות מחסום PyroThin בגודל 2.35 מ'מ דחוס לכ-50% מתח בין שני תאים פריזמטיים של 62 Ah. בבדיקה הספציפית ההיא, התא השכן לא נכנס לברוח תרמית, אבל אספן גם מציין שהמיני-מודול בודד כמה נתיבי חום משניים שנמצאו בחבילה אמיתית.^[2]

לכן התוצאה של 2.35 מ'מ היא דוגמה הנדסית שימושית - לא מפרט EV אוניברסלי.

כיצד דחיסה משנה את העובי הנדרש?

מחסום שנבחר רק על ידי העובי הלא דחוס שלו עשוי לפעול בצורה שונה מאוד ברגע שהתאים מתנפחים והמודול דוחס את החומר לאורך חיי הרכב.

הפתרון הוא להעריך את העובי הדחוס והביצועים התרמיים גם בתחילת החיים וגם בסוף החיים. תאי פריזמטיים ופאוץ' יכולים לשנות ממדים במהלך רכיבה על אופניים, כך שהמחסום עשוי לשמש גם ככרית דחיסה תוך שמירה על התנגדות תרמית.

Aspen מזהה באופן ספציפי ביצועים מכניים, עייפות דחיסה ומוליכות תרמית תחת דחיסה כגורמי תכנון קריטיים עבור מחסומי תא לתא.^[3]

אילו גורמים קובעים את עובי האיירגל?

בחירת עובי ממוליכות תרמית בלבד מתעלמת מנתיבי חום אחרים ומאילוצים מכניים שיכולים לשלוט בהתפשטות תרמית-בורחת אמיתית.

מהנדסים צריכים להעריך את ממשק תא לתא המלא לפני הקפאת עובי המחסום. התשומות החשובות ביותר מוצגות להלן.

למה לא פשוט להשתמש במחסום איירגל עבה יותר?

גודל יתר של כל מחסום תא יכול להפחית את צפיפות האנרגיה של המארז, להגדיל את מימדי המודול ואת העלות, ולהפריע למערכת דחיסת התא המיועדת.

הפתרון הנכון הוא להשתמש בקונסטרוקציה המאומתת המינימלית העונה לדרישות התפשטות תרמית ומכאניות עם מרווח עיצוב נאות. בחבילות EV בנפח גבוה, אפילו שבריר נוסף של מילימטר שחוזר על עצמו על פני עשרות או מאות ממשקי תאים יכול להשפיע באופן מהותי על ממדי החבילה.

זו אחת הסיבות לכך שאווירג'ל אטרקטיבי עבור מחסומי תא לתא: יצרנים יכולים להנדס התנגדות תרמית גבוהה מאוד למבנים דקים יחסית וקלים.^[4]

האם כימיה של תאים משנה את עובי האיירגל הנדרש?

שימוש באותו עיצוב מחסום עבור LFP, NMC וכימיה של תאים אחרים יכול להתעלם מההבדלים העיקריים בהתנהגות תרמית-בורחת, אנרגיית התא, אוורור וארכיטקטורת האריזה.

המחסום צריך להיות מכוון לכימיה בפועל של התא ולהתנהגות תא טריגר. אספן מציינת כי מחסומי התאים שלה מיועדים לכימיה מרובת, כולל LFP, NMC ומערכות מוצקות מתפתחות, עם פרופילי עובי וקשיחות מותאמים ליישומים ספציפיים.^[5]

הכימיה חשובה, אבל היא לא הפרמטר היחיד. קיבולת התא, גיאומטריה, מצב מטען, מרווח, דחיסה, קירור ומבנים שכנים יכולים לשנות מהותית את התנהגות ההתפשטות.

האם יש לבחור את עובי האיירגל לפני בדיקת המודול?

הקפאת עובי ייצור מגיליון נתונים של חומרים בלבד עלולה להוביל לתכנון מחדש יקר אם בדיקות ברמת המודול חושפות נתיבי חום מוליכים, קרינתיים או גז פורקן שלא היו מיוצגים על ידי בדיקת הקופון.

השתמש בחישובי חומר ובבדיקות ברמת התא כדי להגדיר עובי התחלתי, ולאחר מכן אמת את המבנה המלא ברמת המודול או החבילה לפני שחרור סדרתי. סוללה אמיתית מכילה לשוניות, פסים, לוחות קירור, מבני דחיסה, מרווחים, מחברים, בידוד ונתיבות אוורור שיכולים לעקוף את המחסום הראשי של פני התא.

אספן מצהירה באופן דומה כי מודולים וחבילות סוללות הן מערכות מורכבות וכי אין מבחן אחד המתאים לכולם לביצועי מחסום תאים עד סוף החיים.^[3]

כיצד עובי האיירגל משפיע על פסים וחיווט סוללה?

הגדלת עובי מחסום התא מבלי לבדוק את האריזה החשמלית שמסביב יכולה לשנות את ממדי ערימת המודולים ולהפעיל לחץ נוסף על פסים, חוטי חישה, מחברים או ניתוב רתמת מתח גבוה.

הפתרון הנכון הוא סקירת עובי הג'ל האוויר יחד עם מערכת החיבורים החשמליים. שינויים במרווח בין התאים יכולים לשנות את גיאומטריית פסי הרשת, אורך חוט חישת BMS, מיקום המחבר, מרווח בידוד וניתוב של כבלי מתח גבוה סביב המודול.

מסיבה זו, אין להתייחס לשינוי מחסום תרמי כאל תחליף חומר מבודד. יש לבדוק מרווח תאים, דחיסה, בידוד נציץ, פסים, רפידות סיליקון, חיווט BMS וממשקי רתמת HV לפני הקפאת הכלים.

צריך להגדיר מחסום תאי איירגל?

לסקירה הנדסית, הכינו את כימיית התא, הקיבולת, ממדי התא, הפער הזמין, דרישת הדחיסה, טווח עובי היעד, כיוון האוורור, דרישת התפשטות תרמית, מודול CAD ופריסת פס או חיווט מסביב.

הערכה לדוגמה צריכה לאשר הן ביצועים תרמיים והן התנהגות מכנית דחוסה לפני שחרור עובי הייצור הסופי.

שאלות נפוצות

מהו עובי איירגל טיפוסי בין תאי סוללת EV?

אין עובי אוניברסלי. מחסומי תאים מהונדסים יכולים להיות בעובי של כמה מילימטרים בלבד, אך הערך הסופי תלוי בחומר, בעיצוב התא, בדחיסה ובביצועי ההתפשטות התרמית הנדרשים.

האם Aerogel 2 מ'מ מספיק בין תאי סוללה?

ייתכן שזה מספיק בעיצובים מסוימים ולא מספק באחרים. יש לאמת את העובי באמצעות הכימיה בפועל של התא, האנרגיה, הדחיסה, נתיבי החום וארכיטקטורת המודול.

האם דחיסה של איירגל מפחיתה את ההגנה התרמית שלו?

זה תלוי במבנה האירוג'ל. יש לאפיין מחסומי תא רכב תחת מצב הדחיסה האמיתי שלהם מכיוון שהמתח המכני משנה את העובי ויכול להשפיע על התנהגות תרמית.

האם איירגל עבה תמיד בטוח יותר?

לא. עובי נוסף עשוי לשפר את ההתנגדות התרמית אך יכול להפחית את צפיפות האנרגיה של המארז, לשנות את דחיסת התאים, להגדיל את העלות ולהשפיע על הגיאומטריה של הפס או החיווט.

האם יש לבדוק Aerogel ברמת התא או המודול?

שניהם יכולים להיות שימושיים. בדיקות ברמת התא מסייעות לביצועי מחסום המסך, אך אימות ברמת המודול והחבילה חשוב מכיוון שקיימים נתיבים נוספים להעברת חום וגז פורקן במערכת הסוללות השלמה.

פרספקטיבה של סוללת רכב ורתום תיל ל-15 שנים

בהתבסס על 15 שנות ניסיון של רכיבי רכב ורתמות תיל, לעולם לא הייתי מציין מחסום איירגל פשוט כ'2 מ'מ' או '3 מ'מ' לפני שהבנתי את ערימת הסוללות.

העובי הנכון הוא המבנה המאומת המינימלי השולט בהעברת החום בין תא לתא, תוך עמידה בדרישות דחיסה, אריזה, פס, חוט חישה וניתוב מתח גבוה. בחבילת סוללות EV, חומרים תרמיים וחיבורים חשמליים חייבים להיות מתוכננים יחד.

הפניות סמכותיות

[1] Aspen Aerogels - PyroThin Airgel מחסומים תרמיים בין תא לתא

[2] Aspen Aerogels - בדיקת מיני-מודול התפשטות תרמית של תא לתא

[3] Aspen Aerogels - עיצוב מחסום תרמי, דחיסה ואימות

[4] Aspen Aerogels - התפשטות תרמית בריחת ומחסומי תא לתא

[5] Aspen Aerogels - יישומי מחסום תרמי של סוללות EV