Kako se listovi tinjca koriste na razini ćelija, modula i paketa u baterijama za električna vozila?

Ako se dopusti da toplinska odbjegla toplina slobodno prelazi iz jedne ćelije u drugu, lokalni kvar baterije može eskalirati u širenje na razini modula i na kraju ugroziti cijeli baterijski paket.

Najučinkovitija upotreba tinjca je stoga različita na svakoj razini: tanke barijere između ćelija, veće toplinske i električne barijere oko modula i vatrootporna izolacija na poklopcima pakiranja, zidovima, sabirnicama i drugim kritičnim sučeljima. Tinjac nije aktivni rashladni materijal; njegova je glavna uloga odgoditi prijenos topline, održati dielektrično odvajanje i zaštititi okolne strukture tijekom neuobičajenih događaja visoke temperature.

Kako se tinjac koristi na staničnoj razini?

Kada su dvije ćelije čvrsto stisnute jedna uz drugu, izravan prijenos topline s površine na površinu može omogućiti ćeliji u kvaru da brzo zagrije susjednu i povećati rizik od širenja topline sa stanice na stanicu.

Rješenje je ugradnja tankih listova tinjca, laminata od tinjca ili projektiranih barijera na bazi tinjca između susjednih ćelija gdje arhitektura baterije zahtijeva toplinsko i dielektrično odvajanje. Barijera stvara dodatni toplinski otpor dok održava električnu izolaciju između vodljivih površina ćelija i okolnih struktura.

Čvrsti tinjac i laminati od tinjca koriste se kao barijere između baterijskih ćelija jer zadržavaju električnu izolacijsku sposobnost na povišenim temperaturama i mogu pomoći usporiti prijenos topline tijekom toplinskog događaja.^[1]

Tinjac na razini ćelija posebno je praktičan s prizmatičnim rasporedom i rasporedom ćelija u vrećicama gdje su velike ravne površine okrenute jedna prema drugoj. Cilindrične ćelijske arhitekture mogu umjesto toga koristiti oblikovane barijere, rukavce, prstenove, odstojnike ili druge materijale za širenje topline, ovisno o razmaku ćelija i smjeru ventilacije.

Tinjac ne bi smio blokirati projektirani put ventilacije ćelije. Barijera koja usporava bočno širenje topline, ali preusmjerava vrući plin prema drugoj kritičnoj komponenti može stvoriti drugačiji način kvara.

Kako se tinjac koristi na razini modula?

Čak i kada pojedine ćelije imaju toplinske barijere, ozbiljan događaj još uvijek može izložiti okvir modula, sabirnice, završne ploče, susjedne grupe ćelija i električne komponente ekstremnoj toplini.

Rješenje je koristiti veće komponente tinjca kao barijere na strani modula, izolaciju krajnjih ploča, izolaciju sabirnica, gornju zaštitu i toplinsko odvajanje između grupa ćelija. Na ovoj razini tinjac više ne štiti samo jedno sučelje ćelije; postaje dio modula za širenje topline i električnu izolaciju.

Komponente od tinjca obično se koriste za električnu izolaciju između ćelija, modula i vodljivih dijelova, kao i za toplinske barijere i zaštitu od požara unutar baterijskih sustava električnih vozila.^[2]

Odabir materijala na razini modula također treba uzeti u obzir kompresiju. Neke arhitekture baterija zahtijevaju kontrolirani pritisak na vrećice ili prizmatične ćelije, što znači da se kruti list tinjca može kombinirati s podložnijom podlogom umjesto da se očekuje da sama po sebi pruža zaštitu od požara i upravljanje kompresijom.

Kako se tinjac koristi na razini paketa?

Ako toplinski događaj izađe iz modula, vrući plin, plamen, čestice i toplina zračenja mogu napasti poklopac baterije, zid kućišta, visokonaponske sabirnice, ožičenje, konektore ili obližnje strukture vozila.

Rješenje je korištenje većih listova tinjca i oblikovanih komponenti oko kritičnih granica pakiranja, uključujući donju stranu poklopca pakiranja, rubne stijenke, sučelja modula do modula, područja sabirnica i visokonaponske električne komponente. Tinjac na razini paketa pruža konačnu toplinsku i dielektričnu barijeru između unutarnje zone kvara baterije i kućišta ili vozila.

Primjene u industriji uključuju prepreke ćelija i modula, izolaciju oko unutarnjeg perimetra baterije, zaštitu poklopca pakiranja i fleksibilnu izolaciju od tinjca oko komponenti kao što su sabirnice i ožičenje.^[3]

Razina paketa općenito zahtijeva veću pokrivenost površine nego barijere na razini ćelija, tako da težina, debljina, pričvršćivanje, otpornost na vibracije, izrezi, otvori za ventilaciju i tolerancije pri sklapanju postaju važniji.

Dodavanje najdebljeg lista tinjca posvuda nije automatski najsigurniji dizajn. Toplinske barijere moraju funkcionirati s ventilacijom plina, rasterećenjem tlaka, rashladnim pločama, električnim razmacima, mogućnošću servisiranja i ukupnom masom pakiranja.

Koja je razlika između liskuna na razini ćelije, modula i paketa?

Korištenje iste debljine i geometrije tinjca na svakoj razini baterije može dodati nepotrebnu masu, a najvažnije toplinske putove i dalje ostaviti nedovoljno zaštićenima.

Ispravno rješenje je odabrati tinjac prema načinu kvara na svakoj lokaciji umjesto da ga tretirate kao jednu univerzalnu izolaciju baterije. Ćelijske barijere daju prioritet lokalnoj kontroli širenja, modularne barijere štite veće električne i strukturne zone, a paketne barijere štite kućište i sučelje vozila.

Pojednostavljena logika dizajna je:

Razina ćelije: Zaustavlja prijenos topline izravno u susjednu ćeliju.
Razina modula: Spriječite da jedna grupa ćelija ugrozi cijeli modul.
Razina paketa: Spriječite toplinu i plamen na razini modula da napadnu kućište i okolno vozilo.

Kako odabrati debljinu liskuna?

List tinjca koji je pretanak možda neće pružiti dovoljno toplinske odgode, dok nepotrebno debeli list povećava težinu paketa, cijenu, visinu hrpe i poteškoće pri sastavljanju.

Rješenje je odrediti debljinu kroz ispitivanje širenja topline, dielektrične zahtjeve, mehanička ograničenja, vrijeme izlaganja i lokaciju barijere. Ne postoji jedinstvena debljina tinjca koja je točna za svaku bateriju za EV.

Potrebna konstrukcija ovisi o kemiji ćelije, formatu ćelije, pohranjenoj energiji, razmaku, očekivanom toplinskom toku, smjeru ispušnog plina, dopuštenoj temperaturi na zaštićenoj strani, stupnju tinjca, vezivnom sustavu i o tome koristi li se materijal samostalno ili kao dio višeslojne barijere.

Iz tog razloga, odabir materijala trebao bi se temeljiti na reprezentativnom testiranju baterija, a ne jednostavnom navođenju '1 mm tinjac' ili '2 mm tinjac' iz generičkog kataloga.

Treba li liskun zamijeniti aerogel ili silikonsku pjenu?

Tretiranje tinjca, aerogela i silikonske pjene kao međusobno zamjenjivih materijala može stvoriti lošu toplinsku izvedbu jer svaki materijal rješava različitu kombinaciju problema izolacije, kompresije, brtvljenja i zaštite od požara.

Bolje rješenje često je višeslojni dizajn u kojem tinjac pruža visokotemperaturnu dielektriku i zaštitu od plamena, dok drugi materijal pruža nisku toplinsku vodljivost, popustljivost, amortizaciju ili brtvljenje. Kombinacije materijala treba odabrati prema stvarnoj arhitekturi baterije i rezultatu testa zlouporabe.

Tinjac je osobito koristan tamo gdje su potrebne strukturne toplinske barijere i električna izolacija. Materijali na bazi aerogela mogu ponuditi vrlo nisku toplinsku vodljivost, dok silikonske pjene mogu pružiti oporavak kompresije i prilagođavanje praznina.

Ne treba očekivati ​​da jedan materijal obavlja svaku funkciju baterije.

Što treba provjeriti prije projektiranja dijela baterije od tinjca?

Naručivanje ravnog liskuna prije potvrde geometrije baterije može rezultirati blokiranim otvorima za ventilaciju, slabim razmakom sklopa, napuknutim materijalom, nepokrivenim toplinskim putovima ili smetnjama sa sabirnicama i rashladnim strukturama.

Ispravno rješenje je dizajnirati komponentu od tinjca iz stvarnog CAD-a ćelije, modula ili paketa i scenarija termičkog bježanja. Debljina, izrezi, rupe, razmaci rubova, zahtjevi za savijanje, ljepilo, način montaže, dielektrični zahtjevi i dopuštene tolerancije dimenzija trebaju se definirati prije rezanja prototipa.

Inženjerske informacije koje treba pružiti:

Pošaljite format ćelije, lokaciju tinjca, CAD crtež, potreban raspon debljine, maksimalne dimenzije, dielektrični cilj, cilj toplinske barijere, zahtjev za ljepilom, zahtjev za kompresijom, radnu temperaturu i primjenjivu specifikaciju testa zlouporabe baterije.

Kako bi se trebale potvrditi toplinske barijere od tinjca?

Ploča tinjca može preživjeti laboratorijsko ispitivanje plamenom, ali i dalje ne uspijeva unutar baterije ako vruće čestice zaobiđu barijeru, spojevi se otvore tijekom vibracija ili prijenos topline kroz nepokrivene rubove i pričvršćivače.

Rješenje je potvrditi i materijal i arhitekturu sklopljene baterije pod reprezentativnim toplinskim, električnim, mehaničkim i okolišnim uvjetima. Sama zapaljivost materijala ne dokazuje da dizajn ćelije, modula ili paketa može kontrolirati širenje topline.

UL Solutions provodi ispitivanje zlouporabe EV baterija, požara i širenja topline i navodi standarde uključujući UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 i UNECE R100 među najčešće korištenim okvirima za testiranje baterija.^[4]

ISO 6469-1 specificira sigurnosne zahtjeve za punjive sustave za pohranu energije koji se koriste u cestovnim vozilima na električni pogon, dok se rad UNECE-a na Pravilniku br. 100 posebno bavi širenjem topline i zaštitom putnika od opasnih baterijskih događaja.^[5][6]

Trebate liskun po mjeri za bateriju za EV?

Za pregled prototipa pripremite CAD ćelije, modula ili paketa, mjesto ugradnje tinjca, ciljanu debljinu, zahtjeve za dielektrikom, cilj toplinskog odlaska, maksimalne dimenzije, izreze, konstrukciju ljepila, količinu uzorka i godišnju potražnju.

Prvo definiranje točne razine ugradnje znatno olakšava odabir ispravnog stupnja tinjca, debljine, geometrije i procesa proizvodnje.

FAQ

Za što se koristi tinjac u EV bateriji?

Tinjac se uglavnom koristi za visokotemperaturnu električnu izolaciju, toplinske barijere, zaštitu od požara i kontrolu širenja topline oko ćelija, modula, sabirnica i struktura baterijskih paketa.

Može li se liskun staviti između baterijskih ćelija?

Da. Tanke ploče od tinjca ili projektirane barijere od tinjca mogu se postaviti između susjednih ćelija gdje dizajn baterije zahtijeva dodatnu dielektričnu izolaciju i otpornost na širenje topline.

Gdje se tinjac koristi u baterijskom modulu?

Tipična mjesta uključuju granice ćelijskih grupa, bočne stijenke modula, krajnje ploče, sabirnice, gornju zaštitu i električno vodljive strukture koje zahtijevaju dielektričnu izolaciju.

Gdje se koristi tinjac u bateriji?

Tinjac se može koristiti ispod poklopca pakiranja, duž zidova kućišta, između modula, oko sabirnica i visokonaponskih komponenti te na drugim mjestima gdje su potrebne toplinske ili električne barijere.

Zaustavlja li tinjac toplinski bijeg?

Nijedan materijal ne može jamčiti da neće doći do toplinskog odlaska. Liskun se koristi kao pasivna barijera za usporavanje prijenosa topline, održavanje izolacije i pomaže smanjiti ili odgoditi širenje na susjedne komponente.

Je li deblji liskun uvijek bolji za EV baterije?

Ne. Veća debljina može poboljšati sposobnost barijere u nekim dizajnima, ali također povećava težinu, prostor za pakiranje, cijenu i poteškoće sastavljanja. Debljina mora biti potvrđena za specifičnu arhitekturu baterije.

Treba li liskun testirati na razini ćelije, modula ili paketa?

Konačna razina validacije trebala bi odražavati način na koji se materijal koristi. Provjera na razini ćelije je korisna, ali još uvijek mogu biti potrebni testovi na razini modula i paketa jer putevi širenja, ventilacijski plinovi, geometrija kućišta i susjedne komponente mijenjaju ponašanje sustava.

15-godišnja perspektiva komponenti automobilskih baterija

Na temelju 15 godina iskustva u proizvodnji automobilskih komponenti i kabelskih snopova, ne biram tinjac samo prema temperaturnoj vrijednosti ili debljini. Prvo pitanje uvijek je gdje se dio nalazi: ćelija, modul ili paket.

Ćelijska barijera mora kontrolirati lokalni prijenos topline bez ometanja ventilacije; modularna barijera mora štititi električna i strukturna sučelja; a barijera za pakiranje mora zaštititi kućište i okolno vozilo. Pouzdan dizajn dolazi od usklađivanja stupnja tinjca, debljine, oblika, metode pričvršćivanja i validacijskog testa s tim točnim putem kvara.

Mjerodavne reference

[1] Elmelin — Izolacija tinjca za sigurnost baterija EV i ćelijskih barijera

[2] Elmelin — Komponente liskuna za toplinsku i električnu izolaciju baterija

[3] Elektrobrava — Zaštita od toplinskog odlaska u EV baterijama: uloga tinjca

[4] UL rješenja — Zlouporaba EV baterije, ispitivanje širenja vatre i topline

[5] ISO — ISO 6469-1:2019 Cestovna vozila na električni pogon, sigurnost sustava za pohranu energije s mogućnošću punjenja

[6] UNECE — UN Pravilnik br. 100 Rad na toplinskom širenju