Što su aerogel izolacijski jastučići za EV baterije?

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]

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.

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

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.

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