ईवी बैटरी थर्मल रनवे के दौरान साधारण इन्सुलेशन सामग्री विफल क्यों हो जाती है?

बैटरी थर्मल रनवे के दौरान उत्पन्न अत्यधिक गर्मी, लौ, गर्म कणों, दबाव और वेंट गैसों के संयोजन के संपर्क में आने पर सामान्य विद्युत इन्सुलेशन नरम हो सकता है, सिकुड़ सकता है, जल सकता है, कार्बोनाइज हो सकता है, टूट सकता है या ढांकता हुआ ताकत खो सकता है।

सही समाधान विशेष रूप से उच्च तापमान इन्सुलेशन, कम गर्मी हस्तांतरण, लौ प्रतिरोध, ढांकता हुआ स्थिरता और दुरुपयोग की स्थिति में यांत्रिक अखंडता के लिए डिज़ाइन किए गए थर्मल-रनअवे बाधाओं का उपयोग करना है। एक सामग्री जो सामान्य बैटरी ऑपरेटिंग तापमान पर अच्छा प्रदर्शन करती है वह थर्मल रनवे घटना के लिए स्वचालित रूप से उपयुक्त नहीं है।

थर्मल रनवे सामान्य बैटरी हीटिंग से अलग क्यों है?

सामान्य इन्सुलेशन ऊंचे तापमान पर लंबे समय तक संचालन में रह सकता है, लेकिन जब थर्मल रनवे सीधी लौ, दबाव, गर्म कण और केंद्रित गर्मी प्रवाह जोड़ता है तो तेजी से विफल हो जाता है।

समाधान केवल निरंतर उपयोग तापमान रेटिंग के बजाय दुरुपयोग की स्थिति के खिलाफ इन्सुलेशन का मूल्यांकन करना है। यूएल सॉल्यूशंस का कहना है कि बैटरी थर्मल रनअवे जेट जैसी लौ, उत्सर्जित कण, उच्च तापमान और बाड़े के अंदर दबाव पैदा कर सकता है, जिसका अर्थ है कि सुरक्षात्मक सामग्री को एक साथ कई विफलता तंत्रों का सामना करना होगा।^[1]

यह भेद महत्वपूर्ण है. सामान्य विद्युत इन्सुलेशन के लिए 105°C, 125°C, या इससे भी अधिक तापमान पर रेट की गई सामग्री सीधे थर्मल रनवे स्थितियों के संपर्क में आने पर भी संरचना या ढांकता हुआ प्रदर्शन खो सकती है।

साधारण पॉलिमर इन्सुलेशन नरम या ढह क्यों सकता है?

कई सामान्य पॉलिमर फिल्में और फोम विद्युत इन्सुलेशन, कुशनिंग या सीलिंग के लिए डिज़ाइन किए गए हैं - न कि गंभीर तापीय गर्मी के सीधे संपर्क में आने के लिए - इसलिए वे नरम, सिकुड़ सकते हैं, पिघल सकते हैं या स्थायी रूप से ख़राब हो सकते हैं।

सही समाधान उन सामग्रियों को चुनना है जिनकी थर्मल स्थिरता वास्तविक दुरुपयोग तापमान और एक्सपोज़र अवधि के तहत पर्याप्त रहती है। उच्च तापमान वाले अभ्रक, सिरेमिक-आधारित अवरोध, एयरजेल सिस्टम और विशेष रूप से तैयार की गई सिलिकॉन सामग्री पर आमतौर पर विचार किया जाता है जब साधारण इन्सुलेशन अपने कार्य को बनाए नहीं रख सकता है।

सामग्री चयन को ऑपरेटिंग तापमान प्रतिरोध और थर्मल रनवे प्रतिरोध के बीच अंतर करना चाहिए । ये समान विशिष्टताएँ नहीं हैं.

यूएल 94 वी-0 अकेला पर्याप्त क्यों नहीं है?

एक सामग्री यूएल 94 वी-0 प्राप्त कर सकती है और फिर भी सेल-टू-सेल थर्मल प्रसार के खिलाफ अपर्याप्त सुरक्षा प्रदान करती है क्योंकि छोटे पैमाने पर लौ वर्गीकरण पूर्ण थर्मल भगोड़ा घटना का प्रतिनिधित्व नहीं करता है।

समाधान लौ रेटिंग को केवल एक भौतिक संपत्ति के रूप में मानना ​​​​है और थर्मल इन्सुलेशन, गर्मी प्रवाह प्रतिरोध, यांत्रिक प्रतिधारण, वेंट-गैस एक्सपोजर और सिस्टम-स्तरीय प्रसार प्रदर्शन को अलग से मान्य करना है। रोजर्स विशेष रूप से नोट करते हैं कि एक बार जब कोई कोशिका थर्मल रनवे में प्रवेश करती है, तो V-0 फोम अपने आप ऊर्जा रिलीज को नहीं रोकता है; पैक वास्तुकला और थर्मल बाधाएं महत्वपूर्ण बनी हुई हैं।^[2]

यह बैटरी सामग्री में सबसे आम विनिर्देश गलतियों में से एक है: 'V-0' का मतलब 'थर्मल-रनअवे प्रूफ' नहीं है।

बैटरी इन्सुलेशन को किस विफलता मोड में जीवित रहना चाहिए?

यदि कोई इंजीनियर केवल लौ प्रतिरोध का मूल्यांकन करता है, तो इन्सुलेशन अभी भी क्षरण, दबाव, गर्म कणों, ढांकता हुआ टूटने, संपीड़न हानि, या आसन्न सेल में गर्मी हस्तांतरण से विफल हो सकता है।

सही समाधान यह है कि बाधा सामग्री चुनने से पहले पूर्ण विफलता परिवेश की जांच की जाए। यूएल का बैटरी संलग्नक मूल्यांकन विशेष रूप से उच्च तापमान, दबाव और उत्सर्जित कणों को जोड़ता है क्योंकि थर्मल रनवे एक साधारण लौ परीक्षण के बजाय एक बहु-भौतिकी घटना है।^[1]

कम तापीय चालकता क्यों मायने रखती है?

एक सामग्री भौतिक रूप से बरकरार रह सकती है, लेकिन थर्मल अवरोधक के रूप में तब भी विफल हो जाती है यदि गर्मी इतनी तेजी से गुजरती है कि पड़ोसी कोशिका को ट्रिगर कर देती है।

समाधान सामग्री की उत्तरजीविता और बाधा के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण दोनों को नियंत्रित करना है। यूएल प्रॉस्पेक्टर नोट करता है कि एरोजेल, सिरेमिक कंबल और इनकैप्सुलेटिंग फोम कम तापीय चालकता और घनत्व में अच्छा प्रदर्शन कर सकते हैं, जबकि अभ्रक मजबूत विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करता है लेकिन पर्याप्त अग्नि सुरक्षा के लिए अधिक मोटाई की आवश्यकता हो सकती है।^[3]

इसलिए महत्वपूर्ण डिज़ाइन लक्ष्य केवल 'क्या सामग्री जलती है?' नहीं है, बल्कि यह भी है कि 'कितनी गर्मी सुरक्षित पक्ष तक पहुँचती है, और कितनी जल्दी?'

पतली प्लास्टिक फिल्में अपर्याप्त क्यों हो सकती हैं?

पतली पॉलिमर फिल्में सामान्य ऑपरेशन के दौरान उत्कृष्ट ढांकता हुआ पृथक्करण प्रदान कर सकती हैं लेकिन थर्मल रनवे के दौरान निरंतर गर्मी हस्तांतरण का विरोध करने के लिए इसमें बहुत कम थर्मल द्रव्यमान या मोटाई होती है।

सही समाधान यह है कि जहां उपयुक्त हो, मुख्य रूप से विद्युत अलगाव के लिए पतली फिल्मों का उपयोग किया जाए और जब थर्मल-प्रसार जोखिम की आवश्यकता हो तो एक समर्पित थर्मल बैरियर जोड़ा जाए। एक बहुपरत संरचना विद्युत इन्सुलेशन, थर्मल इन्सुलेशन, यांत्रिक सुरक्षा और आसंजन के कार्यों को अलग कर सकती है।

एक पतली विद्युत फिल्म को सभी चार कार्य करने की कोशिश आमतौर पर अस्वीकार्य समझौते के लिए मजबूर करती है।

साधारण फोम अपर्याप्त क्यों हो सकता है?

पारंपरिक फोम एक संपीड़न पैड, सील या कंपन अवशोषक के रूप में अच्छा प्रदर्शन कर सकता है, लेकिन सीधे थर्मल रनवे के संपर्क में आने पर ताकत या इन्सुलेशन प्रदर्शन खो देता है।

समाधान थर्मल प्रसार के लिए विशेष रूप से तैयार और मान्य फोम का उपयोग करना है जब घटक को संपीड़न और अग्नि सुरक्षा दोनों प्रदान करनी चाहिए। रोजर्स की प्रोसेल ईवी फ़ायरवॉल सामग्री सिलिकॉन इलास्टोमेरिक सिस्टम के उदाहरण हैं जो विशेष रूप से थर्मल प्रसार सुरक्षा के साथ बैटरी संपीड़न कार्यक्षमता को संयोजित करने के लिए विकसित की गई हैं।^[4]

यह एक महत्वपूर्ण नियम को दर्शाता है: साधारण सिलिकॉन फोम और थर्मल-रनअवे-रेटेड सिलिकॉन बाधाओं को स्वचालित रूप से एक ही सामग्री वर्ग के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।

थर्मल रनवे संरक्षण के लिए आमतौर पर अभ्रक का उपयोग क्यों किया जाता है?

जहां साधारण पॉलिमर इन्सुलेशन उच्च तापमान पर विद्युत अलगाव और बाधा संरचना को बनाए नहीं रख सकता है, विफलता आस-पास की कोशिकाओं, बसबारों या पैक घटकों को उजागर कर सकती है।

समाधान अभ्रक का उपयोग करना है जहां उच्च तापमान ढांकता हुआ स्थिरता और कठोर थर्मल संरक्षण की आवश्यकता होती है। अभ्रक में मजबूत विद्युत इन्सुलेशन क्षमता है और इसका व्यापक रूप से ईवी बैटरी थर्मल और अग्नि-सुरक्षा अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, हालांकि आवश्यक मोटाई और निर्माण अभी भी विशिष्ट पैक वास्तुकला पर निर्भर करता है।^[3]

अभ्रक विशेष रूप से सेल बाधाओं, मॉड्यूल दीवारों, बसबार इन्सुलेशन, पैक-ढक्कन सुरक्षा और अन्य स्थानों के लिए उपयोगी है जहां आकार स्थिरता और विद्युत इन्सुलेशन मायने रखता है।

क्या एक सामग्री को संपूर्ण थर्मल रनवे समस्या से निपटना चाहिए?

आग प्रतिरोध, अल्ट्रा-लो हीट ट्रांसफर, संपीड़न रिकवरी, सीलिंग, कंपन नियंत्रण, ढांकता हुआ अलगाव और संरचनात्मक सुरक्षा प्रदान करने के लिए एक इन्सुलेशन शीट की अपेक्षा करने से एक महंगी सामग्री हो सकती है जो अभी भी एक महत्वपूर्ण आवश्यकता को पूरा नहीं करती है।

बेहतर समाधान अक्सर एक बहुपरत प्रणाली होती है जिसमें प्रत्येक सामग्री वह कार्य करती है जिसे वह सबसे अच्छे से संभालती है। उदाहरण के लिए, अभ्रक उच्च तापमान ढांकता हुआ सुरक्षा प्रदान कर सकता है, एयरगेल गर्मी हस्तांतरण को कम कर सकता है, और विशेष सिलिकॉन फोम संपीड़न और थर्मल-प्रसार प्रतिरोध प्रदान कर सकता है।

यूएल प्रॉस्पेक्टर इसी तरह नोट करता है कि संरचनात्मक आवश्यकताओं और थर्मल-रनवे परीक्षणों की मांग को पूरा करने के लिए सामग्रियों का संयोजन आवश्यक हो सकता है।^[3]

थर्मल रनवे इंसुलेशन का चयन कैसे किया जाना चाहिए?

अकेले डेटाशीट तापमान रेटिंग से सामग्री का चयन करना गलत आत्मविश्वास पैदा कर सकता है क्योंकि वास्तविक बैटरी दुरुपयोग में समय, गर्मी प्रवाह, लौ, कण, दबाव, ज्यामिति और पड़ोसी घटक शामिल होते हैं।

सही समाधान वास्तविक सेल प्रारूप, विफलता स्थान, आवश्यक विलंब समय, संरक्षित-पक्ष तापमान लक्ष्य, विद्युत आवश्यकता, यांत्रिक भार, उपलब्ध मोटाई और दुरुपयोग-परीक्षण विनिर्देश से सामग्री का चयन करना है। फिर सामग्री के नमूनों को प्रतिनिधि सभाओं में मान्य किया जाना चाहिए।

पहले परिभाषित करने के लिए इंजीनियरिंग जानकारी:

सेल रसायन विज्ञान और प्रारूप, बाधा स्थान, अधिकतम उपलब्ध मोटाई, ढांकता हुआ आवश्यकता, अपेक्षित वेंट दिशा, थर्मल प्रसार लक्ष्य, संपीड़न आवश्यकता, ऑपरेटिंग तापमान, चिपकने वाला निर्माण, यांत्रिक फिक्सिंग, और लागू बैटरी दुरुपयोग-परीक्षण मानक।

थर्मल बैरियर प्रदर्शन को कैसे मान्य किया जाना चाहिए?

एक सामग्री जो एक छोटे कूपन लौ परीक्षण से गुजरती है, वह अभी भी वास्तविक बैटरी के अंदर विफल हो सकती है क्योंकि जोड़, फास्टनरों, वेंट पथ, संपीड़न और पड़ोसी घटक गर्मी-प्रवाह पथ को बदलते हैं।

समाधान प्रतिनिधि थर्मल रनवे स्थितियों के तहत सामग्री-स्तर और सिस्टम-स्तरीय प्रदर्शन दोनों को मान्य करना है। यूएल 2596 थर्मल और मैकेनिकल एक्सपोज़र के तहत बैटरी संलग्नक सामग्री का मूल्यांकन करता है, जबकि आईएसओ 6469-1 और यूएन विनियमन संख्या 100 जैसी ईवी बैटरी सुरक्षा आवश्यकताएं वाहन स्तर पर रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण प्रणाली सुरक्षा को संबोधित करती हैं।^[1][5][6]

UNECE ने इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी सिस्टम के लिए मजबूत थर्मल-प्रचार आवश्यकताओं पर भी काम जारी रखा है, जिससे यह पुष्टि होती है कि थर्मल रनवे सुरक्षा एकल-सामग्री लौ-रेटिंग समस्या के बजाय एक सिस्टम-स्तरीय सुरक्षा मुद्दा है।^[6]

ईवी बैटरी के लिए थर्मल बैरियर का चयन करने की आवश्यकता है?

प्रारंभिक सामग्री समीक्षा के लिए, सेल, मॉड्यूल या पैक स्थान, उपलब्ध मोटाई, संरक्षित-पक्ष तापमान लक्ष्य, ढांकता हुआ आवश्यकता, संपीड़न आवश्यकता, सेल रसायन विज्ञान, वेंट दिशा, सीएडी ज्यामिति, चिपकने वाली आवश्यकता और लागू थर्मल-रनवे परीक्षण लक्ष्य तैयार करें।

सही अवरोध का चयन वास्तविक विफलता मोड से किया जाना चाहिए - न कि केवल डेटाशीट पर मुद्रित लौ रेटिंग या तापमान संख्या से।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

क्या सामान्य विद्युत इन्सुलेशन बैटरी थर्मल रनवे से बच सकता है?

आवश्यक रूप से नहीं। साधारण विद्युत इन्सुलेशन सामान्य ऑपरेटिंग तापमान पर काम कर सकता है लेकिन अत्यधिक थर्मल रनवे एक्सपोज़र के दौरान ताकत, आकार या ढांकता हुआ प्रदर्शन खो देता है।

क्या UL 94 V-0 EV बैटरी थर्मल बैरियर के लिए पर्याप्त है?

नंबर V-0 एक मानकीकृत परीक्षण के तहत विशिष्ट ज्वलनशीलता व्यवहार को इंगित करता है, लेकिन थर्मल रनवे सुरक्षा गर्मी हस्तांतरण, सामग्री की मोटाई, वेंटिंग, बाधा निर्माण और पैक वास्तुकला पर भी निर्भर करती है।

थर्मल रनवे के लिए अभ्रक साधारण प्लास्टिक से बेहतर क्यों है?

अभ्रक कई सामान्य पॉलिमर फिल्मों की तुलना में अधिक मजबूत उच्च तापमान ढांकता हुआ और संरचनात्मक स्थिरता प्रदान करता है, जो इसे कठोर थर्मल और विद्युत बाधाओं के लिए उपयोगी बनाता है।

क्या सिलिकॉन फोम थर्मल रनवे से रक्षा कर सकता है?

विशेष रूप से तैयार और मान्य सिलिकॉन सामग्री थर्मल-प्रसार सुरक्षा प्रदान कर सकती है, लेकिन साधारण सिलिकॉन फोम को स्वचालित रूप से समान प्रदर्शन प्रदान करने के लिए नहीं माना जाना चाहिए।

थर्मल रनवे बैरियर में कौन से गुण सबसे अधिक मायने रखते हैं?

महत्वपूर्ण गुणों में थर्मल प्रतिरोध, लौ प्रतिरोध, ढांकता हुआ ताकत, उच्च तापमान स्थिरता, क्षरण प्रतिरोध, यांत्रिक अखंडता, मोटाई, घनत्व और बैटरी संरचना के साथ संगतता शामिल हैं।

क्या उच्चतम तापमान रेटिंग हमेशा सर्वोत्तम विकल्प होती है?

नहीं, थर्मल रनअवे प्रदर्शन ताप प्रवाह, एक्सपोज़र समय, ज्यामिति, मोटाई, सामग्री निर्माण और सिस्टम डिज़ाइन पर निर्भर करता है - अकेले तापमान रेटिंग पर नहीं।

15-वर्षीय ऑटोमोटिव बैटरी घटक परिप्रेक्ष्य

ऑटोमोटिव घटक और वायर-हार्नेस विनिर्माण अनुभव के 15 वर्षों के आधार पर, मैं कभी भी बैटरी इन्सुलेशन सामग्री को केवल इसलिए मंजूरी नहीं देता क्योंकि यह विद्युत रूप से इन्सुलेट, लौ-मंदक, या उच्च निरंतर तापमान के लिए रेटेड है।

थर्मल रनवे एक पूरी तरह से अलग विफलता वातावरण बनाता है: तीव्र गर्मी, लौ, दबाव, गर्म कण, विद्युत तनाव और एक्सपोज़र समय एक साथ कार्य करते हैं। विश्वसनीय समाधान यह है कि पहले वास्तविक विफलता पथ को परिभाषित किया जाए और फिर अभ्रक, एरोजेल, सिरेमिक सामग्री, विशेष सिलिकॉन, या एक बहुपरत निर्माण का चयन किया जाए जो उस सटीक स्थान की रक्षा कर सके।

आधिकारिक संदर्भ

[1] यूएल सॉल्यूशंस - बैटरी एनक्लोजर थर्मल रनवे इवैल्यूएशन और यूएल 2596

[2] रोजर्स कॉर्पोरेशन - जहां यूएल 94 वी-0 वास्तविक दुनिया के डिजाइनों में मायने रखता है

[3] यूएल प्रॉस्पेक्टर - ईवी बैटरी के लिए अग्नि सुरक्षा सामग्री का चयन करना

[4] रोजर्स कॉर्पोरेशन - प्रोसेल ईवी फ़ायरवॉल थर्मल प्रोपेगेशन प्रोटेक्शन

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

[6] UNECE - संयुक्त राष्ट्र विनियमन संख्या 100 Rev.3, इलेक्ट्रिक पावर ट्रेन सुरक्षा