Što su aerogel izolacijski jastučići za EV baterije? Vodič za toplinsku barijeru

Ako su baterije EV baterije čvrsto spakirane bez odgovarajuće toplinske barijere, jedna ćelija koja se pregrijava može prenijeti toplinu na susjedne ćelije, potaknuti širenje topline, oštetiti bateriju i stvoriti ozbiljan rizik od požara.

Najučinkovitije rješenje je postavljanje izolacijskih jastučića od aerogela za EV bateriju između ćelija, modula, zona sabirnica ili vrućih točaka na razini pakiranja kako bi se usporio prijenos topline, apsorbirao stres kompresije i pomoglo u kontroli širenja toplinske struje.

Aerogel izolacijski jastučići za EV bateriju su ultra lagani materijali toplinske barijere koji se koriste unutar litij-ionskih baterija. Posebno su vrijedni u pakiranjima EV visoke gustoće gdje svaki milimetar utječe na gustoću energije, sigurnost i pouzdanost sklapanja.

Izvor slike: Aspen Aerogels PyroThin resurs za inženjering toplinske barijere.^[1]

Što je izolacijska podloga za EV bateriju?

Ako se pojam 'aerogel jastučić' tretira kao obična izolacija od pjene ili spužve, baterija može izgubiti kritičnu zaštitu od prijenosa topline, promjene kompresije i širenja topline.

Točan odgovor je da je izolacijska podloga od aerogela za EV bateriju tanka, lagana toplinska barijera izrađena od materijala na bazi aerogela i projektirana za zaštitu litij-ionskih ćelija, modula ili paketa.

Aspen Aerogels opisuje PyroThin kao ultratanku, laganu izolaciju i protupožarnu barijeru dizajniranu za ublažavanje toplinskog bijega na razinama od ćelije do ćelije, modula i paketne barijere.^[1] U praktičnom dizajnu baterije, ovi jastučići stoje tamo gdje se toplina mora odgoditi, blokirati ili preusmjeriti.

Zašto se jastučići s aerogelom koriste u baterijama za električna vozila?

Ako se visokoenergetski paket baterija oslanja samo na hlađenje tekućinom i nadzor BMS-a, može otkriti grešku, ali još uvijek neće uspjeti fizički usporiti prijenos topline nakon što ćelija uđe u toplinski bijeg.

Bolje rješenje je kombinirati aktivno upravljanje toplinom s pasivnim izolacijskim jastučićima od aerogela, tako da paket ima i kontrolu nadzora i fizičku otpornost na širenje.

Toplinski bijeg nije samo problem temperature; to je problem lančane reakcije. Dobar aerogel jastučić daje baterijskom paketu više vremena smanjujući provođenje topline od inicijalne ćelije do obližnjih ćelija.

Pogrešno: pretpostaviti da samo rashladna ploča može zaustaviti svaki toplinski događaj. Točno: korištenje hlađenja, ventilacije, senzora, BMS logike i aerogel barijera zajedno.

Kako izolacijski jastučići od aerogela zaustavljaju prijenos topline?

Ako se toplina prebrzo kreće kroz skup baterija, susjedne ćelije mogu doseći opasne temperature prije nego što BMS, rashladna ploča ili ventilacijski put mogu kontrolirati događaj.

Izravno rješenje je korištenje nanoporozne strukture aerogela za ograničavanje kretanja plina i smanjenje vodljivog prijenosa topline kroz izolacijski sloj.

NASA objašnjava da su aerogeli izuzetno porozni, vrlo niske gustoće i vrlo učinkoviti u sprječavanju prijenosa topline jer su njihove pore u nanometarskom rasponu.^[2] To čini aerogel vrijednim tamo gdje se tanka izolacija mora ponašati bolje od obične polimerne pjene.

Izvor slike: NASA istraživanje izolacijskog materijala aerogela.^[2]

Što znači 'serija' u serijama baterija za EV-Aerogel izolacijski jastučići?

Ako se 'serija' pogrešno shvati kao posebna električna komponenta, možda je odabrana pogrešna podloga za pogrešno mjesto unutar baterije.

Ispravno tumačenje je da se 'izolacijske pločice serije EV baterija-aerogel' obično odnose na pločice zračnog gela koje se koriste u serijski spojenoj baterijskoj ćeliji ili rasporedu modula, a ne na pločicu koja provodi serijsku struju.

EV paketi sadrže ćelije povezane serijski i paralelno kako bi se postigao ciljni napon i kapacitet. Aerogel jastučići obično su toplinski i mehanički dijelovi koji ne nose struju i koji se nalaze u blizini staze niza ćelija, modula ili strukture barijere paketa.

Po čemu se jastučići s aerogelom razlikuju od liskuna, pjene ili keramičkih vlakana?

Ako je podložak za EV bateriju odabran samo prema cijeni ili debljini, paket može izgubiti ravnotežu između blokiranja topline, povrata kompresije, dielektrične čvrstoće, težine i tolerancije sklapanja.

Najbolje rješenje je usporediti aerogel, tinjac, pjenu i keramička vlakna prema stvarnom načinu kvara: toplinski bijeg, bubrenje stanica, vibracija, električna izolacija, izloženost plamenu ili ciljni trošak.

Aerogel se obično bira kada pakiranju treba jaka izolacija u tankom i laganom obliku. Liskun je jak za dielektrik i zaštitu od plamena, pjena je korisna za kompresiju i toleranciju apsorpcije, a keramička vlakna se koriste tamo gdje je važna ekstremna otpornost na toplinu.

Gdje su aerogel jastučići instalirani u EV baterijskom modulu?

Ako su jastučići aerogela postavljeni nasumično bez uzimanja u obzir protoka topline, smjera ventilacije, kompresijskog opterećenja i usmjeravanja kabelskog pojasa, paket i dalje može pretrpjeti širenje topline ili mehaničke smetnje.

Ispravno rješenje je postaviti jastučiće aerogela u skladu s putem toplinske propagacije, kemijom ćelije, tlakom modula u nizu, lokacijom ploče za hlađenje i razmakom od visokonaponskog kabelskog snopa.

Za vrećice i prizmatične ćelije, jastučići se obično postavljaju između velikih strana ćelija. Za cilindrične ćelije, aerogel se može koristiti kao listovi, omoti, barijere modula ili izolacijski slojevi na razini paketa, ovisno o arhitekturi.

Za OEM projekte ili projekte paketa baterija, pošaljite format ćelije, kemiju, pritisak u dimnjaku, crtež modula, ventilacijski put i zahtjeve za toplinsko ispitivanje prije konačnog odabira jastučića. Mali probni rez može otkriti rizik pristajanja, kompresije i sastavljanja prije izrade alata.

Kako jastučići s aerogelom funkcioniraju s automobilskim sustavima ožičenja?

Ako je visokonaponski kabelski svežanj, senzorski kabelski svežanj ili izolacija sabirnice usmjerena preblizu putu širenja topline, izolacija bi se mogla pogoršati, terminali bi mogli olabaviti, a dijagnostički signali mogli bi zakazati tijekom događaja kvara.

Bolje rješenje je dizajnirati izolacijske jastučiće od aerogela zajedno s visokonaponskim ožičenjem, vodovima za mjerenje napona, temperaturnim senzorima, poklopcima sabirnica i strategijom brtvljenja paketa.

Sigurnost baterije nije samo kemija stanica. To je dizajn cijelog sustava koji uključuje stanične barijere, usmjeravanje visokonaponskog kabelskog svežnja, ventilacijske kanale, smještaj senzora, uzemljenje, oklop i zaštitu konektora.

Koje bi podatke o izvedbi kupci trebali provjeriti?

Ako dobavljač navede samo debljinu i cijenu, kupac ne može procijeniti hoće li jastučić preživjeti kompresiju, izlaganje toplini, plamen, vlagu, vibracije ili naprezanje sklopljene pakiranja.

Ispravno rješenje je zatražiti tehnički list, podatke o toplinskoj vodljivosti, krivulju kompresije, rezultat ispitivanja dielektrika, podatke o otpornosti na plamen, raspon radne temperature i podatke o starenju.

Aspen Aerogels napominje da se njegova platforma aerogela može optimizirati za toplinsku vodljivost, debljinu i reakciju na kompresiju.^[1] To su upravo parametri koje bi inženjeri baterija trebali pregledati prije nego što odaberu jastučić.

Koji se standardi odnose na aerogel jastučiće za baterije za EV?

Ako su aerogel jastučići odabrani bez povezivanja s provjerom sigurnosti baterije, materijal može izgledati izvrsno u izolaciji, ali ne podržava certifikaciju na razini paketa ili testiranje zlouporabe.

Ispravno rješenje je povezati izbor jastučića sa sigurnosnim testovima EV baterije kao što su toplinski, mehanički, električni, zahtjevi za ispitivanje okoliša i zloporabe.

SwRI objašnjava da testiranje UL 2580 procjenjuje sigurnost EV baterije putem električnih, mehaničkih, toplinskih, ekoloških i sigurnosnih ispitivanja.^[3] SAE J2464 opisuje testove zlouporabe koji se mogu koristiti za punjive sustave za pohranu energije električnih i hibridnih električnih vozila.^[4]

Pogrešno: postavlja se pitanje da li samo aerogel jastučić 'prolazi UL 2580' Točno: testiranje cijelog sklopa baterije jer geometrija paketa, kemija ćelija, ventilacija, ožičenje i postavljanje barijere utječu na konačni rezultat.

Kako odabrati jastuk od aerogela za projekt EV baterije?

Ako je jastučić odabran nakon što je raspored pakiranja već zamrznut, inženjer bi mogao biti prisiljen na lošu debljinu, lošu kompresiju, blokiran ventilacijski otvor ili nesiguran razmak pojasa.

Najbolje rješenje je uključiti dobavljača aerogel jastučića i dobavljača kabelskog svežnja rano tijekom rasporeda modula, visokonaponskog usmjeravanja i simulacije širenja topline.

Dobar proces odabira počinje formatom ćelije, kemijom, gustoćom energije, ciljnom debljinom paketa, silom kompresije, položajem ploče za hlađenje, smjerom ventilacije i ciljem ispitivanja sigurnosti. Jastučić bi trebao biti validiran u stvarnom paketu modula, a ne samo na ravnom laboratorijskom uzorku.

Za brzu procjenu pošaljite svoju veličinu ćelije, crtež modula, ciljanu debljinu, raspon kompresije, događaj maksimalne temperature i godišnji volumen. Mali izrezani uzorak aerogela može pomoći u potvrdi ugradnje prije alata za masovnu proizvodnju.

FAQ

Što su aerogel izolacijski jastučići za EV bateriju?

To su tanki jastučići toplinske barijere na bazi aerogela koji se koriste unutar baterijskih paketa električnih vozila za smanjenje prijenosa topline, sporije širenje topline i podržavaju sigurnosni dizajn baterije.

Zašto se aerogel koristi u EV baterijama?

Aerogel se koristi jer pruža jaku toplinsku izolaciju u laganom i tankom obliku. To pomaže inženjerima baterija da zaštite ćelije bez trošenja previše prostora na pakiranju.

Zaustavljaju li jastučići s aerogelom toplinski bijeg?

Aerogel jastučići ne sprječavaju kvar svake stanice. Njihova je svrha usporiti ili pomoći zaustaviti širenje topline od jedne pokvarene ćelije do obližnjih ćelija, ovisno o kompletnom dizajnu paketa.

Gdje se stavljaju aerogel jastučići u bateriju?

Mogu se postaviti između ćelija, između modula, u blizini sabirnica, ispod poklopaca paketa, pored ventilacijskih staza ili u barijernim zonama na razini paketa.

Jesu li aerogel jastučići električno izolacijski?

Mnogi aerogel baterijski jastučići dizajnirani su s električnom izolacijom, ali točna dielektrična čvrstoća ovisi o strukturi proizvoda i metodi ispitivanja. Uvijek provjerite podatkovnu tablicu dobavljača.

Jesu li jastučići s aerogelom bolji od liskuna?

Rješavaju različite probleme. Aerogel je jak za tanku toplinsku izolaciju, dok je liskun jak za dielektrik i zaštitu od plamena. Mnogi EV paketi mogu koristiti oba materijala u različitim slojevima.

Mogu li aerogel jastučići zamijeniti kompresijske jastučiće?

Ponekad mogu podržavati i toplinske i kompresijske funkcije, ali ne uvijek. Moraju se potvrditi bubrenje stanica, pritisak snopa i dugotrajno ponašanje kompresije.

Napomena stručnjaka

Aerogel izolacijski jastučići za EV baterije nisu samo mekane ploče postavljene između ćelija. To su sigurnosne toplinske barijere koje moraju funkcionirati s kemijom stanica, ventilacijom, kompresijom, hlađenjem, sabirnicama, senzorima, konektorima i usmjeravanjem visokonaponskog kabelskog svežnja.

Nakon 15 godina rada s automobilskim kabelskim snopovima, sklopovima baterijskih kabela za EV, visokonaponskim interkonekcijama i prilagođenim sustavima napajanja vozila, moje terensko pravilo je jednostavno: sigurnost baterije nikada nije stvorena samo jednim materijalom; nastaje načinom na koji svaki materijal, žica, konektor i toplinski put rade zajedno. Ako vaš projekt baterije za EV treba izolacijske jastučiće od aerogela, HV zaštitu kabelskog svežnja, izolaciju sabirnica ili pregled toplinske barijere na uzorku, pošaljite raspored ćelija, klasu napona, putanju usmjeravanja i cilj provjere prije proizvodnje. Mali uzorak i rani inženjerski pregled mogu kasnije spriječiti mnogo veći kvar na razini paketa.

Reference

1. Aspen Aerogels, 'PyroThin Thermal Runaway Barrier for EVs.' Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, 'Aerogeli: tanji, lakši, jači' NASA istraživanje aerogela

3. Southwest Research Institute, 'UL 2580 Standardno testiranje baterije' SwRI UL 2580 testiranje baterije

4. SAE International, 'SAE J2464 ispitivanje sigurnosti i zlouporabe sustava za pohranu punjive energije za električna i hibridna električna vozila' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Ublažavanje toplinskog bježanja za električna vozila.' Baterijske toplinske barijere Aspen Aerogels

6. NASA Spinoff, 'Aerogelovi izoliraju misije i potrošačke proizvode.' NASA Spinoff aplikacije aerogela