ईवी बैटरियों में सेल, मॉड्यूल और पैक स्तर पर मीका शीट्स का उपयोग कैसे किया जाता है?

यदि थर्मल अपवाह गर्मी को एक सेल से दूसरे सेल में स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति दी जाती है, तो एक स्थानीय बैटरी विफलता मॉड्यूल-स्तर के प्रसार में बढ़ सकती है और अंततः पूरे बैटरी पैक को खतरे में डाल सकती है।

अभ्रक का सबसे प्रभावी उपयोग इसलिए प्रत्येक स्तर पर भिन्न होता है: कोशिकाओं के बीच पतली बाधाएं, मॉड्यूल के चारों ओर बड़े थर्मल और विद्युत बाधाएं, और पैक ढक्कन, दीवारों, बसबारों और अन्य महत्वपूर्ण इंटरफेस पर आग प्रतिरोधी इन्सुलेशन। अभ्रक एक सक्रिय शीतलन सामग्री नहीं है; इसकी मुख्य भूमिका गर्मी हस्तांतरण में देरी करना, ढांकता हुआ पृथक्करण बनाए रखना और असामान्य उच्च तापमान की घटनाओं के दौरान आसपास की संरचनाओं की रक्षा करना है।

कोशिका स्तर पर अभ्रक का उपयोग कैसे किया जाता है?

जब दो कोशिकाओं को कसकर एक साथ पैक किया जाता है, तो सीधे सतह से सतह पर गर्मी हस्तांतरण एक असफल कोशिका को अपने पड़ोसी को तेजी से गर्म करने की अनुमति दे सकता है और सेल-टू-सेल थर्मल प्रसार के जोखिम को बढ़ा सकता है।

इसका समाधान आसन्न कोशिकाओं के बीच पतली अभ्रक शीट, अभ्रक लेमिनेट्स, या इंजीनियर अभ्रक-आधारित बाधाओं को स्थापित करना है जहां बैटरी वास्तुकला को थर्मल और ढांकता हुआ पृथक्करण की आवश्यकता होती है। अवरोध प्रवाहकीय सेल सतहों और आसपास की संरचनाओं के बीच विद्युत इन्सुलेशन बनाए रखते हुए अतिरिक्त थर्मल प्रतिरोध बनाता है।

कठोर अभ्रक और अभ्रक लैमिनेट्स का उपयोग बैटरी कोशिकाओं के बीच बाधाओं के रूप में किया जाता है क्योंकि वे ऊंचे तापमान पर विद्युत इन्सुलेट क्षमता बनाए रखते हैं और थर्मल घटना के दौरान धीमी गर्मी हस्तांतरण में मदद कर सकते हैं।^[1]

सेल-स्तरीय अभ्रक विशेष रूप से प्रिज्मीय और पाउच-सेल लेआउट के साथ व्यावहारिक है जहां बड़ी सपाट सतहें एक-दूसरे के सामने होती हैं। बेलनाकार-सेल आर्किटेक्चर इसके बजाय सेल रिक्ति और वेंटिंग दिशा के आधार पर आकार की बाधाओं, आस्तीन, अंगूठियां, स्पेसर, या अन्य थर्मल-प्रचार सामग्री का उपयोग कर सकते हैं।

अभ्रक को डिज़ाइन किए गए सेल वेंट पथ को अवरुद्ध नहीं करना चाहिए। एक अवरोध जो पार्श्व ताप प्रसार को धीमा कर देता है लेकिन गर्म गैस को किसी अन्य महत्वपूर्ण घटक की ओर पुनर्निर्देशित करता है, एक अलग विफलता मोड बना सकता है।

मॉड्यूल स्तर पर अभ्रक का उपयोग कैसे किया जाता है?

यहां तक ​​कि जब व्यक्तिगत कोशिकाओं में थर्मल बाधाएं होती हैं, तब भी एक गंभीर घटना मॉड्यूल फ्रेम, बसबार, अंत प्लेट, पड़ोसी सेल समूह और विद्युत घटकों को अत्यधिक गर्मी में उजागर कर सकती है।

समाधान बड़े अभ्रक घटकों को मॉड्यूल-साइड बैरियर, एंड-प्लेट इन्सुलेशन, बसबार इन्सुलेशन, शीर्ष सुरक्षा और सेल समूहों के बीच थर्मल पृथक्करण के रूप में उपयोग करना है। इस स्तर पर, अभ्रक अब केवल एक सेल इंटरफ़ेस की सुरक्षा नहीं कर रहा है; यह मॉड्यूल के थर्मल-प्रसार और विद्युत-इन्सुलेशन वास्तुकला का हिस्सा बन जाता है।

अभ्रक घटकों का उपयोग आमतौर पर कोशिकाओं, मॉड्यूल और प्रवाहकीय भागों के बीच विद्युत इन्सुलेशन के साथ-साथ ईवी बैटरी सिस्टम के अंदर थर्मल बाधाओं और आग प्रतिरोधी सुरक्षा के लिए किया जाता है।^[2]

मॉड्यूल-स्तरीय सामग्री चयन में संपीड़न पर भी विचार करना चाहिए। कुछ बैटरी आर्किटेक्चर को पाउच या प्रिज्मीय कोशिकाओं पर नियंत्रित दबाव की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि एक कठोर अभ्रक शीट को अग्नि सुरक्षा और संपीड़न प्रबंधन दोनों प्रदान करने की अपेक्षा अधिक आज्ञाकारी पैड के साथ जोड़ा जा सकता है।

पैक स्तर पर अभ्रक का उपयोग कैसे किया जाता है?

यदि कोई थर्मल घटना मॉड्यूल से बाहर निकलती है, तो गर्म गैस, लौ, कण और उज्ज्वल गर्मी बैटरी ढक्कन, बाड़े की दीवार, हाई-वोल्टेज बसबार, वायरिंग, कनेक्टर्स या आस-पास के वाहन संरचनाओं पर हमला कर सकती है।

समाधान महत्वपूर्ण पैक सीमाओं के आसपास बड़ी अभ्रक शीट और आकार के घटकों का उपयोग करना है, जिसमें पैक ढक्कन के नीचे, परिधि की दीवारें, मॉड्यूल-टू-मॉड्यूल इंटरफेस, बसबार क्षेत्र और उच्च-वोल्टेज विद्युत घटक शामिल हैं। पैक-स्तरीय अभ्रक बैटरी के आंतरिक विफलता क्षेत्र और बाड़े या वाहन के बीच एक अंतिम थर्मल और ढांकता हुआ अवरोध प्रदान करता है।

उद्योग अनुप्रयोगों में सेल और मॉड्यूल बाधाएं, बैटरी पैक के अंदर की परिधि के आसपास इन्सुलेशन, पैक-ढक्कन सुरक्षा, और बसबार और वायरिंग जैसे घटकों के आसपास लचीला अभ्रक इन्सुलेशन शामिल हैं।^[3]

पैक स्तर को आम तौर पर सेल-स्तरीय बाधाओं की तुलना में बड़े सतह कवरेज की आवश्यकता होती है, इसलिए वजन, मोटाई, बन्धन, कंपन प्रतिरोध, कट-आउट, वेंट ओपनिंग और असेंबली सहनशीलता अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है।

हर जगह सबसे मोटी अभ्रक शीट जोड़ना स्वचालित रूप से सबसे सुरक्षित डिज़ाइन नहीं है। थर्मल बैरियर्स को गैस वेंटिंग, दबाव राहत, कूलिंग प्लेट्स, विद्युत मंजूरी, सेवाक्षमता और समग्र पैक द्रव्यमान के साथ काम करना चाहिए।

सेल-, मॉड्यूल- और पैक-लेवल मीका के बीच क्या अंतर है?

प्रत्येक बैटरी स्तर पर समान अभ्रक मोटाई और ज्यामिति का उपयोग करने से अनावश्यक द्रव्यमान बढ़ सकता है जबकि सबसे महत्वपूर्ण थर्मल पथ अपर्याप्त रूप से संरक्षित हो सकते हैं।

सही समाधान यह है कि अभ्रक को एक सार्वभौमिक बैटरी इन्सुलेशन शीट के रूप में मानने के बजाय प्रत्येक स्थान पर विफलता मोड के अनुसार चयन किया जाए। सेल बैरियर स्थानीय प्रसार नियंत्रण को प्राथमिकता देते हैं, मॉड्यूल बैरियर बड़े विद्युत और संरचनात्मक क्षेत्रों की रक्षा करते हैं, और पैक बैरियर बाड़े और वाहन इंटरफ़ेस की रक्षा करते हैं।

एक सरलीकृत डिज़ाइन तर्क है:

कोशिका स्तर: गर्मी को सीधे पड़ोसी कोशिका में जाने से रोकें।
मॉड्यूल स्तर: एक सेल समूह को संपूर्ण मॉड्यूल से समझौता करने से रोकें।
पैक स्तर: मॉड्यूल-स्तर की गर्मी और लौ को बाड़े और आसपास के वाहन पर हमला करने से रोकें।

अभ्रक की मोटाई का चयन कैसे किया जाना चाहिए?

एक अभ्रक शीट जो बहुत पतली है, पर्याप्त थर्मल विलंब प्रदान नहीं कर सकती है, जबकि एक अनावश्यक रूप से मोटी शीट पैक वजन, लागत, ढेर की ऊंचाई और असेंबली कठिनाई को बढ़ाती है।

समाधान थर्मल-प्रसार परीक्षण, ढांकता हुआ आवश्यकताओं, यांत्रिक बाधाओं, एक्सपोज़र समय और बाधा के स्थान के माध्यम से मोटाई निर्धारित करना है। प्रत्येक ईवी बैटरी के लिए एक भी अभ्रक मोटाई सही नहीं है।

आवश्यक निर्माण सेल रसायन विज्ञान, सेल प्रारूप, संग्रहीत ऊर्जा, रिक्ति, अपेक्षित गर्मी प्रवाह, वेंट-गैस दिशा, संरक्षित पक्ष पर स्वीकार्य तापमान, अभ्रक ग्रेड, बाइंडर सिस्टम और क्या सामग्री अकेले या बहुपरत बाधा के हिस्से के रूप में उपयोग की जाती है, पर निर्भर करती है।

इस कारण से, सामग्री का चयन सामान्य कैटलॉग से केवल '1 मिमी अभ्रक' या '2 मिमी अभ्रक' निर्दिष्ट करने के बजाय प्रतिनिधि बैटरी परीक्षण पर आधारित होना चाहिए।

क्या मीका को एयरजेल या सिलिकॉन फोम की जगह लेनी चाहिए?

अभ्रक, एरोजेल और सिलिकॉन फोम को विनिमेय सामग्री के रूप में मानने से खराब थर्मल प्रदर्शन हो सकता है क्योंकि प्रत्येक सामग्री इन्सुलेशन, संपीड़न, सीलिंग और अग्नि-सुरक्षा समस्याओं का एक अलग संयोजन हल करती है।

बेहतर समाधान अक्सर एक बहुपरत डिज़ाइन होता है जिसमें अभ्रक उच्च तापमान ढांकता हुआ और लौ सुरक्षा प्रदान करता है जबकि अन्य सामग्री कम तापीय चालकता, अनुपालन, कुशनिंग या सीलिंग प्रदान करती है। वास्तविक बैटरी आर्किटेक्चर और दुरुपयोग-परीक्षण परिणाम के आधार पर सामग्री संयोजन का चयन किया जाना चाहिए।

अभ्रक विशेष रूप से उपयोगी है जहां संरचनात्मक थर्मल बाधाओं और विद्युत इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है। एरोजेल-आधारित सामग्रियां बहुत कम तापीय चालकता प्रदान कर सकती हैं, जबकि सिलिकॉन फोम संपीड़न पुनर्प्राप्ति और अंतराल समायोजन प्रदान कर सकते हैं।

एक ही सामग्री से प्रत्येक बैटरी-पैक कार्य करने की अपेक्षा नहीं की जानी चाहिए।

अभ्रक बैटरी पार्ट को डिज़ाइन करने से पहले क्या जाँच की जानी चाहिए?

बैटरी ज्यामिति की पुष्टि करने से पहले एक फ्लैट अभ्रक शीट का ऑर्डर करने से अवरुद्ध वेंट, खराब असेंबली क्लीयरेंस, टूटी हुई सामग्री, खुले थर्मल पथ, या बसबार और कूलिंग संरचनाओं में हस्तक्षेप हो सकता है।

सही समाधान वास्तविक सेल, मॉड्यूल, या पैक सीएडी और थर्मल-रनअवे परिदृश्य से अभ्रक घटक को डिजाइन करना है। प्रोटोटाइप कटिंग से पहले मोटाई, कट-आउट, छेद, किनारे की दूरी, झुकने की आवश्यकताएं, चिपकने वाला, माउंटिंग विधि, ढांकता हुआ आवश्यकताएं और स्वीकार्य आयामी सहनशीलता को परिभाषित किया जाना चाहिए।

प्रदान की जाने वाली इंजीनियरिंग जानकारी:

सेल प्रारूप, अभ्रक स्थान, सीएडी ड्राइंग, आवश्यक मोटाई सीमा, अधिकतम आयाम, ढांकता हुआ लक्ष्य, थर्मल-बैरियर लक्ष्य, चिपकने वाली आवश्यकता, संपीड़न आवश्यकता, ऑपरेटिंग तापमान और लागू बैटरी दुरुपयोग-परीक्षण विनिर्देश भेजें।

अभ्रक थर्मल बाधाओं को कैसे मान्य किया जाना चाहिए?

एक अभ्रक शीट प्रयोगशाला लौ परीक्षण से बच सकती है, लेकिन फिर भी बैटरी के अंदर विफल हो जाती है यदि गर्म कण बाधा को पार कर जाते हैं, कंपन के दौरान जोड़ खुल जाते हैं, या खुले किनारों और फास्टनरों के माध्यम से गर्मी स्थानांतरित हो जाती है।

समाधान प्रतिनिधि थर्मल-रनवे, इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल और पर्यावरणीय परिस्थितियों के तहत सामग्री और इकट्ठे बैटरी आर्किटेक्चर दोनों को मान्य करना है। अकेले सामग्री की ज्वलनशीलता यह प्रदर्शित नहीं करती है कि सेल, मॉड्यूल या पैक डिज़ाइन थर्मल प्रसार को नियंत्रित कर सकता है।

यूएल सॉल्यूशंस ईवी बैटरी दुरुपयोग, आग और थर्मल-प्रसार परीक्षण करता है और आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले बैटरी परीक्षण ढांचे में यूएल 2580, जीबी 38031, एसएई जे2464, एसएई जे2929, यूएन 38.3 और यूएनईसीई आर100 सहित मानकों को सूचीबद्ध करता है।^[4]

आईएसओ 6469-1 विद्युत चालित सड़क वाहनों में उपयोग की जाने वाली रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए सुरक्षा आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करता है, जबकि विनियमन संख्या 100 पर यूएनईसीई काम विशेष रूप से खतरनाक बैटरी घटनाओं से थर्मल प्रसार और रहने वालों की सुरक्षा को संबोधित करता है।^[5][6]

ईवी बैटरी के लिए कस्टम अभ्रक शीट की आवश्यकता है?

प्रोटोटाइप समीक्षा के लिए, सेल, मॉड्यूल या पैक सीएडी, अभ्रक स्थापना स्थान, मोटाई लक्ष्य, ढांकता हुआ आवश्यकता, थर्मल-रनवे लक्ष्य, अधिकतम आयाम, कट-आउट, चिपकने वाला निर्माण, नमूना मात्रा और वार्षिक मांग तैयार करें।

पहले सटीक स्थापना स्तर को परिभाषित करने से सही अभ्रक ग्रेड, मोटाई, ज्यामिति और विनिर्माण प्रक्रिया का चयन करना बहुत आसान हो जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

ईवी बैटरी में अभ्रक का उपयोग किस लिए किया जाता है?

अभ्रक का उपयोग मुख्य रूप से उच्च तापमान वाले विद्युत इन्सुलेशन, थर्मल बाधाओं, अग्नि सुरक्षा और कोशिकाओं, मॉड्यूल, बसबार और बैटरी-पैक संरचनाओं के आसपास थर्मल-रनवे प्रसार नियंत्रण के लिए किया जाता है।

क्या अभ्रक को बैटरी सेलों के बीच रखा जा सकता है?

हाँ। पतली अभ्रक शीट या इंजीनियर अभ्रक अवरोधों को आसन्न कोशिकाओं के बीच स्थापित किया जा सकता है जहां बैटरी डिजाइन को अतिरिक्त ढांकता हुआ अलगाव और थर्मल-प्रसार प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

बैटरी मॉड्यूल में अभ्रक का उपयोग कहाँ किया जाता है?

विशिष्ट स्थानों में सेल-समूह सीमाएं, मॉड्यूल साइडवॉल, अंत प्लेटें, बसबार, शीर्ष सुरक्षा और विद्युत प्रवाहकीय संरचनाएं शामिल हैं जिन्हें ढांकता हुआ अलगाव की आवश्यकता होती है।

बैटरी पैक में अभ्रक का उपयोग कहाँ किया जाता है?

अभ्रक का उपयोग पैक ढक्कन के नीचे, बाड़े की दीवारों के साथ, मॉड्यूल के बीच, बसबारों और उच्च-वोल्टेज घटकों के आसपास और थर्मल या विद्युत अवरोधों की आवश्यकता वाले अन्य स्थानों पर किया जा सकता है।

क्या मीका थर्मल रनवे को रोकता है?

कोई भी सामग्री यह गारंटी नहीं दे सकती कि थर्मल भगोड़ा नहीं होगा। अभ्रक का उपयोग गर्मी हस्तांतरण को धीमा करने, इन्सुलेशन बनाए रखने और पड़ोसी घटकों में प्रसार को कम करने या देरी करने में मदद करने के लिए एक निष्क्रिय बाधा के रूप में किया जाता है।

क्या ईवी बैटरियों के लिए मोटा अभ्रक हमेशा बेहतर होता है?

नहीं, अधिक मोटाई कुछ डिज़ाइनों में अवरोध क्षमता में सुधार कर सकती है लेकिन वजन, पैकेजिंग स्थान, लागत और असेंबली कठिनाई को भी बढ़ाती है। विशिष्ट बैटरी आर्किटेक्चर के लिए मोटाई को मान्य किया जाना चाहिए।

क्या अभ्रक का परीक्षण सेल, मॉड्यूल या पैक स्तर पर किया जाना चाहिए?

अंतिम सत्यापन स्तर को प्रतिबिंबित करना चाहिए कि सामग्री का उपयोग कैसे किया जाता है। सेल-स्तरीय स्क्रीनिंग उपयोगी है, लेकिन मॉड्यूल- और पैक-स्तरीय परीक्षणों की अभी भी आवश्यकता हो सकती है क्योंकि प्रसार पथ, वेंट गैसें, बाड़े की ज्यामिति और पड़ोसी घटक सिस्टम व्यवहार को बदलते हैं।

15-वर्षीय ऑटोमोटिव बैटरी घटक परिप्रेक्ष्य

ऑटोमोटिव कंपोनेंट और वायर-हार्नेस विनिर्माण अनुभव के 15 वर्षों के आधार पर, मैं केवल तापमान रेटिंग या मोटाई के आधार पर अभ्रक का चयन नहीं करता। पहला प्रश्न हमेशा यह होता है कि भाग कहाँ बैठता है: सेल, मॉड्यूल, या पैक।

एक सेल बैरियर को वेंटिलेशन में गड़बड़ी किए बिना स्थानीय ताप हस्तांतरण को नियंत्रित करना चाहिए; एक मॉड्यूल बैरियर को विद्युत और संरचनात्मक इंटरफेस की रक्षा करनी चाहिए; और एक पैक बैरियर को बाड़े और आसपास के वाहन की सुरक्षा करनी चाहिए। विश्वसनीय डिज़ाइन अभ्रक ग्रेड, मोटाई, आकार, फिक्सिंग विधि और सत्यापन परीक्षण से उस सटीक विफलता पथ के मिलान से आता है।

आधिकारिक संदर्भ

[1] एल्मेलिन - ईवी बैटरी सुरक्षा और सेल बाधाओं के लिए अभ्रक इन्सुलेशन

[2] एल्मेलिन - बैटरी थर्मल और इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन के लिए अभ्रक घटक

[3] इलेक्ट्रोलॉक - ईवी बैटरियों में थर्मल रनवे प्रोटेक्शन: मीका की भूमिका

[4] यूएल समाधान - ईवी बैटरी दुरुपयोग, आग और थर्मल प्रसार परीक्षण

[5] आईएसओ - आईएसओ 6469-1:2019 विद्युत चालित सड़क वाहन, रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण प्रणाली सुरक्षा

[6] यूएनईसीई - संयुक्त राष्ट्र विनियमन संख्या 100 थर्मल प्रसार कार्य