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]
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.
מיקום הסוללה |
סיכון עיקרי |
פונקציית משטחי איירגל |
ערך הנדסי |
|---|---|---|---|
בין תאים |
התפשטות תרמית של תא לתא |
מאט את העברת החום מתא כושל |
משפר את מרווח הבטיחות ברמת החבילה |
בין מודולים |
התפשטות אש ממודול אל מודול |
יוצר אזור מחסום תרמי |
תומך באסטרטגיית בלימה |
מתחת לפס או אזורי קישור |
ריכוז חום מקומי |
מספק בידוד ותמיכת מרווחים |
מפחית את הסיכון להעברת נקודות חמות |
כיסוי אריזה או קיר צד |
אש חיצונית או חום השפעה |
מוסיף הגנה תרמית פסיבית |
מחזק את ארכיטקטורת הבטיחות של החבילה |
אזור ערימת דחיסה |
נפיחות תאים ושינוי לחץ |
עובד עם עיצוב כרית דחיסה |
שומר על מגע מכני יציב |
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.
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]
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 סוללה היא לא רק כימיה של תאים. זהו תכנון מערכת מלא הכולל מחסומי תאים, ניתוב רתמת מתח גבוה, תעלות אוורור, מיקום חיישנים, הארקה, מיגון והגנה על מחברים.
אזור הרתמה |
סיכון תרמי |
תמיכת משטחי איירגל |
תזכורת עיצובית |
|---|---|---|---|
יציאת כבל HV |
נזקי חום במהלך אוורור התא |
יוצר הפרדה מאזורים חמים |
השתמש בשרוול עמיד בחום ובטימה מתאימה |
רתמת חישת מתח |
אובדן אות במהלך חימום המודול |
מגן על חוטי זרם נמוך בקרבת מקום |
יש להתרחק משביל האוורור ומקצוות פסים חדים |
מוביל חיישן טמפרטורה |
קריאה כוזבת או נזק לתיל |
שולט בחשיפה לחום ליד פנים התא |
אל תחסום את מגע החיישן הנדרש |
אזור כיסוי פס פס |
קשת וריכוז חום |
מוסיף שכבת בידוד פסיבית |
שמור על זחילה, מרווח ועיצוב דיאלקטרי |
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.
Aerogel משמש כי הוא מספק בידוד תרמי חזק בצורה קלה ודקה. זה עוזר למהנדסי סוללות להגן על תאים מבלי לבזבז יותר מדי מקום באריזה.
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.
ניתן למקם אותם בין תאים, בין מודולים, ליד פסים, מתחת לכיסויי החבילה, לצד שבילי אוורור, או באזורי מחסום ברמת החבילה.
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.
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 הדרך שבה 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.
אספן אירוג'לס, 'מחסום בורח תרמי של PyroThin עבור EVs'. Aspen Aerogels PyroThin
נאס'א, 'Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger.' מחקר איירגל של נאס'א
Southwest Research Institute, 'UL 2580 Standard Testing Battery.' SwRI UL 2580 בדיקת סוללה
SAE International, 'SAE J2464 חשמלי והיברידית חשמלית נטענת מערכת אחסון אנרגיה בדיקת בטיחות ושימוש לרעה'. SAE J2464
Aspen Aerogels, 'הפחתת בריחת תרמית לכלי רכב חשמליים'. מחסומים תרמיים לסוללות Aspen Aerogels
נאס'א ספינוף, 'Aerogels Insulate Missions ומוצרי צריכה.' NASA Spinoff Airgel Applications
