מהן רפידות בידוד לסוללות EV? מדריך מחסום תרמי

אם תאי סוללת EV ארוזים היטב ללא המחסום התרמי הנכון, תא אחד שהתחמם יתר על המידה יכול להעביר חום לתאים שכנים, להפעיל התפשטות תרמית, לפגוע בחבילת הסוללות וליצור סיכון רציני לבטיחות אש.

הפתרון היעיל ביותר הוא הצבת רפידות בידוד EV סוללות אוויר בין תאים, מודולים, אזורי פס או נקודות חמות ברמת החבילה כדי להאט את העברת החום, לספוג לחץ דחיסה ולעזור לשלוט בהתפשטות התרמית.

רפידות בידוד איירגל לסוללות EV הן חומרי מחסום תרמי קלים במיוחד המשמשים בתוך ערכות סוללות ליתיום-יון. הם בעלי ערך במיוחד בחבילות EV בצפיפות גבוהה שבהן כל מילימטר משפיע על צפיפות האנרגיה, הבטיחות ואמינות ההרכבה.

מקור תמונה: משאב הנדסת מחסום תרמי של Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

מהי כרית בידוד לסוללת EV?

אם מתייחסים למונח 'רפידת אירוג'ל' כאל בידוד קצף רגיל או ספוג, ערכת הסוללות עלולה לאבד הגנה קריטית מפני העברת חום, שינויי דחיסה והתפשטות תרמית.

התשובה הנכונה היא שכרית בידוד איירגל סוללת EV היא מחסום תרמי דק וקל משקל העשוי מחומר מבוסס אירוג'ל ותוכנן להגנה על תאי ליתיום, מודול או חבילה.

Aspen Aerogels מתאר את PyroThin כמחסום בידוד אולטרה דק וקל משקל שנועד להפחית בריחת תרמית ברמות תא לתא, מודול ומחסום אריזה.^[1] בעיצוב סוללה מעשי, רפידות אלו יושבות במקום שבו יש לעכב, לחסום או להפנות את החום.

מדוע משמשים רפידות Aerogel בחבילות סוללות EV?

אם ערכת סוללות בעלת אנרגיה גבוהה מסתמכת רק על קירור נוזלי וניטור BMS, היא עשויה לזהות תקלה אך עדיין לא מצליחה להאט פיזית את העברת החום ברגע שתא נכנס לברוח תרמית.

הפתרון הטוב יותר הוא לשלב ניהול תרמי אקטיבי עם רפידות בידוד איירג'ל פסיביות, כך שלחבילה יש גם בקרת ניטור וגם עמידות להתפשטות פיזית.

בריחה תרמית היא לא רק בעיית טמפרטורה; זו בעיית תגובת שרשרת. משטח אוויר ג'ל טוב נותן לחבילת הסוללה יותר זמן על ידי הפחתת הולכת חום מהתא המתניע לתאים סמוכים.

שגוי: בהנחה שצלחת הקירור לבדה יכולה לעצור כל אירוע תרמי. נכון: שימוש בקירור, אוורור, חיישנים, לוגיקה BMS ומחסומי איירגל ביחד.

כיצד רפידות בידוד Aerogel עוצרות את העברת החום?

אם החום עובר מהר מדי דרך ערימת הסוללות, תאים סמוכים יכולים להגיע לטמפרטורות מסוכנות לפני שה-BMS, לוח הקירור או נתיב האוורור יכולים לשלוט באירוע.

הפתרון הישיר הוא להשתמש במבנה הננו-נקבובי של אירוג'ל כדי להגביל את תנועת הגז ולהפחית את העברת החום המוליך דרך שכבת הבידוד.

נאס'א מסבירה כי אירוג'לים הם נקבוביים במיוחד, בצפיפות נמוכה מאוד ויעילים מאוד במניעת העברת חום מכיוון שהנקבוביות שלהם נמצאות בטווח הננומטר.^[2] זה הופך את הג'ל לאוויר לבעל ערך במקום שבו בידוד דק חייב לבצע ביצועים טובים יותר מקצף פולימר רגיל.

מקור תמונה: מחקר חומרי בידוד איירגל של נאס'א.^[2]

מה המשמעות של 'סדרה' ברפידות בידוד מסדרת EV Battery-Aerogel?

אם 'סדרה' לא מובנת כרכיב חשמלי מיוחד, ייתכן שהמשטח השגוי ייבחר למקום הלא נכון בתוך ערכת הסוללות.

הפרשנות הנכונה היא ש'רפידות בידוד מסדרת EV-Aerogel' מתייחסים בדרך כלל לרפידות אוויר ג'ל המשמשות על פני תא סוללה או סידור מודול המחוברים בסדרה, ולא רפידה המוליכה זרם סדרתי.

חבילות EV מכילות תאים המחוברים בטור ובמקביל כדי להגיע למתח היעד ולקיבולת. רפידות Aerogel הן בדרך כלל חלקים תרמיים ומכניים שאינם נושאי זרם הממוקמים ליד נתיב סדרת התאים, ערימת המודולים או מבנה מחסום המארז.

במה נבדלים רפידות איירגל ממיקה, קצף או סיבים קרמיים?

אם משטח סוללה EV נבחר רק לפי מחיר או עובי, החבילה עלולה לאבד את האיזון בין חסימת חום, התאוששות דחיסה, חוזק דיאלקטרי, משקל וסובלנות להרכבה.

הפתרון הטוב ביותר הוא להשוות אירוג'ל, נציץ, קצף וסיבים קרמיים לפי מצב הכשל בפועל: בריחת תרמית, התנפחות תאים, רטט, בידוד חשמלי, חשיפת להבה או יעד עלות.

Aerogel נבחר בדרך כלל כאשר החבילה זקוקה לבידוד חזק בצורה דקה וקלת משקל. נציץ חזק לביצועים דיאלקטריים ומחסומי להבה, קצף שימושי לספיגת דחיסה וסובלנות, וסיבים קרמיים משמשים כאשר חשובה עמידות בחום קיצונית.

היכן מותקנים רפידות Aerogel במודול סוללת EV?

אם רפידות אירג'ל ממוקמות באופן אקראי מבלי להתחשב בזרימת החום, כיוון האוורור, עומס הדחיסה וניתוב הרתמה, החבילה עדיין עלולה לסבול מהתפשטות תרמית או הפרעות מכניות.

הפתרון הנכון הוא להציב רפידות איירגל בהתאם לנתיב ההתפשטות התרמי, כימיית התא, לחץ הערימה של המודולים, מיקום לוחית הקירור ומרווח רתמת המתח הגבוה.

עבור כיס ותאים מנסרים, רפידות ממוקמות בדרך כלל בין פני תאים גדולים. עבור תאים גליליים, אירוג'ל עשוי לשמש כיריעות, שרוולים, מחסומי מודול, או שכבות בידוד ברמת האריזה בהתאם לארכיטקטורה.

עבור פרויקטים של OEM או סוללות, שלח את פורמט התא, הכימיה, לחץ הערימה, שרטוט המודול, נתיב האוורור ודרישת הבדיקה התרמית לפני בחירת הרפידה הסופית. חיתוך מדגם קטן יכול לחשוף את הסיכון להתאמה, דחיסה והרכבה לפני השימוש.

כיצד פועלים רפידות Aerogel עם מערכות רתמת חוט לרכב?

אם רתמת המתח הגבוה, רתמת החישה או בידוד הפסים מנותבים קרוב מדי לנתיב התפשטות תרמי, הבידוד עלול להתקלקל, המסופים עלולים להשתחרר, ואותות האבחון עלולים להיכשל במהלך אירוע תקלה.

הפתרון הטוב יותר הוא לתכנן רפידות בידוד איירגל יחד עם חיווט HV, קווי חישת מתח, חיישני טמפרטורה, כיסויי פסים ואסטרטגיית איטום חבילות.

בטיחות הסוללה היא לא רק כימיה של התא. זהו תכנון מערכת מלא הכולל מחסומי תאים, ניתוב רתמת מתח גבוה, תעלות אוורור, מיקום חיישנים, הארקה, מיגון והגנה על מחברים.

אילו נתוני ביצועים צריכים קונים לבדוק?

אם ספק מספק רק עובי ומחיר, הקונה לא יכול לשפוט אם הרפידה תשרוד דחיסה, חשיפה לחום, להבה, לחות, רטט או מתח הרכבה של האריזה.

הפתרון הנכון הוא לבקש גליון נתונים טכני, נתוני מוליכות תרמית, עקומת דחיסה, תוצאת בדיקה דיאלקטרית, מידע עמידות להבה, טווח טמפרטורת פעולה ונתוני הזדקנות.

Aspen Aerogels מציינת שניתן לייעל את פלטפורמת האיירגל שלה עבור מוליכות תרמית, עובי ותגובת דחיסה.^[1] אלו הם בדיוק הפרמטרים שמהנדסי סוללות צריכים לבדוק לפני שהם בוחרים פד.

אילו תקנים קשורים לרפידות Aerogel לסוללות EV?

אם נבחרים רפידות אירג'ל מבלי לקשר אותן לאימות בטיחות הסוללה, החומר עשוי להיראות מצוין כשהוא מבודד אך אינו תומך בהסמכה ברמת החבילה או בבדיקות שימוש לרעה.

הפתרון הנכון הוא לחבר את בחירת הרפידות עם בדיקות בטיחות של סוללות EV כגון דרישות תרמיות, מכניות, חשמל, סביבתיות ובדיקות שימוש לרעה.

SwRI מסביר כי בדיקת UL 2580 מעריכה את בטיחות סוללת EV בבדיקות חשמליות, מכניות, תרמיות, סביבתיות ובטיחותיות.^[3] SAE J2464 מתאר בדיקות שימוש לרעה שעשויות לשמש עבור מערכות אחסון אנרגיה נטענות לרכב חשמלי והיבריד.^[4]

שגוי: שואלים האם כרית איירגל לבדה 'עוברת את UL 2580.' נכון: בדיקת מכלול הסוללה המלא מכיוון שגיאומטריית החבילה, כימיה של התא, אוורור, חיווט ומיקום מחסום כולם משפיעים על התוצאה הסופית.

כיצד כדאי לבחור משטח איירגל לפרויקט סוללת EV?

אם הכרית נבחרה לאחר פריסת האריזה כבר קפואה, המהנדס עלול להיאלץ לעובי גרוע, דחיסה גרועה, אוורור חסום או מרווח רתמה לא בטוח.

הפתרון הטוב ביותר הוא לערב את ספק רפידות האיירגל וספק רתמות החוטים בשלב מוקדם במהלך פריסת המודול, ניתוב מתח גבוה והדמיית התפשטות תרמית.

תהליך בחירה טוב מתחיל בפורמט התא, כימיה, צפיפות אנרגיה, עובי מארז היעד, כוח הדחיסה, מיקום לוחית הקירור, כיוון האוורור ויעד בדיקת הבטיחות. יש לאמת את הרפידה בערימת המודול האמיתית, לא רק על דגימת מעבדה שטוחה.

להערכה מהירה, שלח את גודל התא, שרטוט המודול, עובי היעד, טווח הדחיסה, אירוע הטמפרטורה המקסימלי והנפח השנתי שלך. דגימת אוויר ג'ל קטנה יכולה לעזור לאשר התאמה לפני כלי עבודה בייצור המוני.

שאלות נפוצות

מהן רפידות בידוד לסוללות EV?

הם רפידות מחסום תרמיות דקות המבוססות על אירוג'ל המשמשות בתוך ערכות סוללות EV להפחתת העברת החום, התפשטות תרמית איטית ותמיכה בתכנון בטיחות הסוללה.

מדוע משתמשים ב-airgel בסוללות EV?

Aerogel משמש כי הוא מספק בידוד תרמי חזק בצורה קלה ודקה. זה עוזר למהנדסי סוללות להגן על תאים מבלי לבזבז יותר מדי מקום באריזה.

האם רפידות אירוג'ל עוצרות בריחת תרמית?

רפידות איירגל לא מונעות מכל תא להיכשל. מטרתם היא להאט או לעזור לעצור את התפשטות החום מתא כושל אחד לתאים סמוכים, בהתאם לתכנון החבילה המלא.

היכן מניחים רפידות אירוג'ל בחבילת סוללות?

ניתן למקם אותם בין תאים, בין מודולים, ליד פסים, מתחת לכיסויי החבילה, לצד שבילי אוורור, או באזורי מחסום ברמת החבילה.

האם רפידות אירוג'ל מבודדות חשמלית?

רפידות סוללות אירג'ל רבות מעוצבות עם ביצועי בידוד חשמלי, אך החוזק הדיאלקטרי המדויק תלוי במבנה המוצר ובשיטת הבדיקה. בדוק תמיד את גיליון הנתונים של הספק.

האם רפידות אירוג'ל עדיפות על יריעות נציץ?

הם פותרים בעיות שונות. Airgel חזק לבידוד תרמי דק, בעוד נציץ חזק לביצועים דיאלקטריים ומחסומי להבה. חבילות EV רבות עשויות להשתמש בשני החומרים בשכבות שונות.

האם רפידות אירוג'ל יכולות להחליף רפידות דחיסה?

לפעמים הם יכולים לתמוך בפונקציות תרמיות ודחיסה, אבל לא תמיד. יש לאמת נפיחות תאים, לחץ מחסנית והתנהגות דחיסה לטווח ארוך.

הערת מומחה

רפידות בידוד איירגל לסוללות EV הן לא רק יריעות רכות הממוקמות בין תאים. הם מחסומים תרמיים קריטיים לבטיחות שחייבים לעבוד עם כימיה של תאים, אוורור, דחיסה, קירור, פסים, חיישנים, מחברים וניתוב רתמות מתח גבוה.

לאחר 15 שנות עבודה עם רתמות תיל לרכב, מכלולי כבלי סוללות EV, חיבורי מתח גבוה ומערכות חשמל מותאמות אישית לרכב, כלל השטח שלי הוא פשוט: בטיחות הסוללה לעולם אינה נוצרת על ידי חומר אחד בלבד; הוא נוצר על ידי האופן שבו כל חומר, חוט, מחבר ונתיב חום פועלים יחדיו. אם פרויקט סוללת ה-EV שלך זקוק לרפידות בידוד איירגל, הגנת רתמת HV, בידוד פסים או סקירת מחסום תרמי בשלב מדגם, שלח את פריסת התא, דרגת המתח, נתיב הניתוב ויעד האימות לפני הייצור. מדגם קטן וסקירה הנדסית מוקדמת יכולים למנוע כשל ברמת החבילה הרבה יותר גדול מאוחר יותר.

הפניות

1. אספן אירוג'לס, 'מחסום בורח תרמי של PyroThin עבור EVs'. Aspen Aerogels PyroThin

2. נאס'א, 'Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger.' מחקר איירגל של נאס'א

3. Southwest Research Institute, 'UL 2580 Standard Testing Battery.' SwRI UL 2580 בדיקת סוללה

4. SAE International, 'SAE J2464 חשמלי והיברידית רכב חשמלי נטענת מערכת אחסון אנרגיה בדיקות בטיחות ושימוש לרעה'. SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'הפחתת בריחת תרמית לכלי רכב חשמליים'. מחסומים תרמיים לסוללות Aspen Aerogels

6. נאס'א ספינוף, 'Aerogels Insulate Missions ומוצרי צריכה.' NASA Spinoff Airgel Applications