Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-08-14 Origine: Sito
Se si consente al calore in fuga termica di spostarsi liberamente da una cella a quella successiva, un guasto locale della batteria può degenerare in una propagazione a livello di modulo e infine minacciare l’intero pacco batteria.
L'uso più efficace della mica è quindi diverso a ogni livello: barriere sottili tra le celle, barriere termiche ed elettriche più grandi attorno ai moduli e isolamento resistente al fuoco su coperchi, pareti, sbarre collettrici e altre interfacce critiche. La mica non è un materiale di raffreddamento attivo; il suo ruolo principale è ritardare il trasferimento di calore, mantenere la separazione dielettrica e proteggere le strutture circostanti durante eventi anomali di alta temperatura.
Quando due celle sono strettamente raggruppate insieme, il trasferimento di calore diretto da superficie a superficie può consentire a una cella guasta di riscaldare rapidamente quella vicina e aumentare il rischio di propagazione termica da cella a cella.
La soluzione è installare sottili fogli di mica, laminati di mica o barriere ingegnerizzate a base di mica tra celle adiacenti dove l'architettura della batteria richiede separazione termica e dielettrica. La barriera crea ulteriore resistenza termica mantenendo l'isolamento elettrico tra le superfici conduttive delle celle e le strutture circostanti.
La mica rigida e i laminati di mica vengono utilizzati come barriere tra le celle della batteria perché mantengono la capacità di isolamento elettrico a temperature elevate e possono aiutare a rallentare il trasferimento di calore durante un evento termico.[1]
La mica a livello cellulare è particolarmente pratica con layout prismatici e a celle a sacchetto in cui grandi superfici piane si fronteggiano. Le architetture a celle cilindriche possono invece utilizzare barriere sagomate, manicotti, anelli, distanziatori o altri materiali di propagazione termica a seconda della spaziatura delle celle e della direzione di ventilazione.
La mica non deve bloccare il percorso di ventilazione della cella progettato. Una barriera che rallenta la propagazione laterale del calore ma reindirizza il gas caldo verso un altro componente critico può creare una diversa modalità di guasto.
Anche quando le singole celle sono dotate di barriere termiche, un evento grave può comunque esporre il telaio del modulo, le sbarre collettrici, le piastre terminali, i gruppi di celle adiacenti e i componenti elettrici a un calore estremo.
La soluzione è utilizzare componenti in mica più grandi come barriere sui lati dei moduli, isolamento delle piastre terminali, isolamento delle sbarre collettrici, protezione superiore e separazione termica tra i gruppi di celle. A questo livello, la mica non protegge più solo l’interfaccia cellulare; diventa parte dell'architettura di propagazione termica e di isolamento elettrico del modulo.
I componenti in mica sono comunemente utilizzati per l'isolamento elettrico tra celle, moduli e parti conduttrici, nonché per barriere termiche e protezione resistente al fuoco all'interno dei sistemi di batterie dei veicoli elettrici.[2]
Livello della batteria |
Posizione tipica della mica |
Funzione principale |
Rischio chiave di progettazione |
|---|---|---|---|
Cella |
Tra celle adiacenti |
Rallenta il trasferimento di calore da cellula a cellula e fornisce isolamento dielettrico |
Blocco dei percorsi di ventilazione o utilizzo di uno spessore eccessivo |
Modulo |
Pareti dei moduli, piastre terminali, sbarre collettrici e confini dei gruppi di celle |
Contenere il calore in una zona più piccola e proteggere le interfacce elettriche |
Interferenza con compressione, raffreddamento o assemblaggio |
Pacchetto |
Coperchio dell'imballaggio, pareti laterali, barriere da modulo a modulo e componenti ad alta tensione |
Proteggi l'enclosure e ritarda la propagazione a livello di pacchetto |
Peso, spazio di imballaggio e copertura incompleta |
La selezione dei materiali a livello di modulo dovrebbe considerare anche la compressione. Alcune architetture di batterie necessitano di una pressione controllata sulla sacca o sulle celle prismatiche, il che significa che un foglio di mica rigido può essere combinato con un cuscinetto più flessibile anziché fornire da solo sia la protezione antincendio che la gestione della compressione.
Se un evento termico fuoriesce dal modulo, gas caldo, fiamme, particelle e calore radiante possono attaccare il coperchio della batteria, la parete dell'involucro, le sbarre ad alta tensione, i cavi, i connettori o le strutture del veicolo vicine.
La soluzione consiste nell'utilizzare fogli di mica più grandi e componenti sagomati attorno ai confini critici del pacco, inclusa la parte inferiore del coperchio del pacco, pareti perimetrali, interfacce da modulo a modulo, regioni delle sbarre collettrici e componenti elettrici ad alta tensione. La mica a livello di pacco fornisce una barriera termica e dielettrica finale tra la zona di guasto interno della batteria e l'involucro o il veicolo.
Le applicazioni industriali includono barriere per celle e moduli, isolamento attorno al perimetro interno del pacco batteria, protezione del coperchio del pacco e isolamento flessibile in mica attorno a componenti come sbarre collettrici e cablaggi.[3]
Il livello del pacco generalmente richiede una copertura superficiale maggiore rispetto alle barriere a livello di cella, quindi peso, spessore, fissaggio, resistenza alle vibrazioni, ritagli, aperture di ventilazione e tolleranze di assemblaggio diventano più importanti.
Aggiungere ovunque il foglio di mica più spesso non è automaticamente la soluzione più sicura. Le barriere termiche devono funzionare con lo sfiato del gas, lo scarico della pressione, le piastre di raffreddamento, le distanze elettriche, la funzionalità e la massa complessiva del pacco.
L'utilizzo dello stesso spessore e geometria della mica a ogni livello della batteria può aggiungere massa non necessaria pur lasciando i percorsi termici più importanti non sufficientemente protetti.
La soluzione corretta è selezionare la mica in base alla modalità di guasto in ciascuna posizione anziché trattarla come un foglio isolante universale per batteria. Le barriere cellulari danno priorità al controllo della propagazione locale, le barriere modulari proteggono zone elettriche e strutturali più ampie e le barriere pack proteggono l'involucro e l'interfaccia del veicolo.
Una logica di progettazione semplificata è:
Livello cella: impedisce al calore di spostarsi direttamente nella cella vicina.
Livello modulo: impedisce a un gruppo di celle di compromettere il modulo completo.
Livello pacchetto: impedisce al calore e alle fiamme a livello del modulo di attaccare l'involucro e il veicolo circostante.
Un foglio di mica troppo sottile potrebbe non fornire un ritardo termico sufficiente, mentre un foglio inutilmente spesso aumenta il peso della confezione, il costo, l'altezza della pila e la difficoltà di assemblaggio.
La soluzione è determinare lo spessore attraverso test di propagazione termica, requisiti dielettrici, vincoli meccanici, tempo di esposizione e posizione della barriera. Non esiste un unico spessore di mica corretto per ogni batteria di veicoli elettrici.
La costruzione richiesta dipende dalla chimica della cella, dal formato della cella, dall'energia immagazzinata, dalla spaziatura, dal flusso di calore previsto, dalla direzione del gas di scarico, dalla temperatura consentita sul lato protetto, dal grado di mica, dal sistema legante e dal fatto che il materiale venga utilizzato da solo o come parte di una barriera multistrato.
Per questo motivo, la selezione del materiale dovrebbe basarsi su test rappresentativi della batteria anziché semplicemente specificare la 'mica da 1 mm' o la 'mica da 2 mm' da un catalogo generico.
Trattare la mica, l’aerogel e la schiuma di silicone come materiali intercambiabili può creare scarse prestazioni termiche perché ciascun materiale risolve una diversa combinazione di problemi di isolamento, compressione, sigillatura e protezione antincendio.
La soluzione migliore è spesso un design multistrato in cui la mica fornisce protezione dielettrica e antifiamma alle alte temperature mentre un altro materiale fornisce bassa conduttività termica, conformità, ammortizzazione o sigillatura. Le combinazioni di materiali dovrebbero essere selezionate in base all'effettiva architettura della batteria e al risultato del test di abuso.
La mica è particolarmente utile dove sono necessarie barriere termiche strutturali e isolamento elettrico. I materiali a base di aerogel possono offrire una conduttività termica molto bassa, mentre le schiume siliconiche possono fornire il recupero della compressione e la sistemazione degli spazi vuoti.
Non ci si può aspettare che un materiale esegua tutte le funzioni del pacco batteria.
Ordinare un foglio di mica piatto prima di verificare la geometria della batteria può causare prese d'aria bloccate, scarsa distanza di montaggio, materiale incrinato, percorsi termici scoperti o interferenze con le sbarre collettrici e le strutture di raffreddamento.
La soluzione corretta è progettare il componente in mica dal CAD effettivo di cella, modulo o pacco e dallo scenario di fuga termica. Spessore, ritagli, fori, distanze dai bordi, requisiti di piegatura, adesivo, metodo di montaggio, requisiti dielettrici e tolleranze dimensionali consentite devono essere definiti prima del taglio del prototipo.
Informazioni tecniche da fornire:
Invia il formato della cella, la posizione della mica, il disegno CAD, l'intervallo di spessore richiesto, le dimensioni massime, il target dielettrico, il target della barriera termica, i requisiti di adesivo, i requisiti di compressione, la temperatura operativa e le specifiche applicabili del test di abuso della batteria.
Un foglio di mica può sopravvivere a un test di fiamma in laboratorio ma fallire comunque all'interno di una batteria se le particelle calde superano la barriera, i giunti si aprono durante le vibrazioni o si trasferiscono calore attraverso bordi scoperti e dispositivi di fissaggio.
La soluzione è convalidare sia il materiale che l’architettura della batteria assemblata in condizioni rappresentative di fuga termica, elettrica, meccanica e ambientale. L'infiammabilità del materiale da sola non dimostra che il progetto di una cella, di un modulo o di un pacco possa controllare la propagazione termica.
UL Solutions esegue test sull'abuso delle batterie dei veicoli elettrici, sugli incendi e sulla propagazione termica ed elenca gli standard tra cui UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 e UNECE R100 tra i framework di test delle batterie comunemente utilizzati.[4]
La norma ISO 6469-1 specifica i requisiti di sicurezza per i sistemi di accumulo di energia ricaricabili utilizzati nei veicoli stradali a propulsione elettrica, mentre il lavoro dell'UNECE sul regolamento n. 100 affronta specificamente la propagazione termica e la protezione degli occupanti da eventi pericolosi legati alla batteria.[5][6]
Hai bisogno di un foglio di mica personalizzato per una batteria per veicoli elettrici?
Per una revisione del prototipo, preparare il CAD della cella, del modulo o del pacchetto, la posizione di installazione della mica, lo spessore target, i requisiti dielettrici, l'obiettivo di fuga termica, le dimensioni massime, i ritagli, la struttura dell'adesivo, la quantità di campioni e la domanda annuale.
Definire innanzitutto l'esatto livello di installazione rende molto più semplice selezionare il tipo, lo spessore, la geometria e il processo di produzione corretti della mica.
La mica viene utilizzata principalmente per l'isolamento elettrico ad alta temperatura, le barriere termiche, la protezione antincendio e il controllo della propagazione della fuga termica attorno a celle, moduli, sbarre collettrici e strutture di pacchi batteria.
SÌ. È possibile installare sottili fogli di mica o barriere di mica ingegnerizzata tra celle adiacenti laddove il design della batteria richiede ulteriore isolamento dielettrico e resistenza alla propagazione termica.
Le posizioni tipiche includono i confini dei gruppi di celle, le pareti laterali dei moduli, le piastre terminali, le sbarre collettrici, la protezione superiore e le strutture elettricamente conduttive che richiedono isolamento dielettrico.
La mica può essere utilizzata sotto il coperchio della confezione, lungo le pareti dell'involucro, tra i moduli, intorno alle sbarre collettrici e ai componenti ad alta tensione e in altri luoghi che richiedono barriere termiche o elettriche.
Nessun materiale può garantire che non si verifichi una fuga termica. La mica viene utilizzata come barriera passiva per rallentare il trasferimento di calore, mantenere l'isolamento e contribuire a ridurre o ritardare la propagazione ai componenti vicini.
No. Uno spessore maggiore può migliorare la capacità barriera in alcuni progetti ma aumenta anche il peso, lo spazio di imballaggio, i costi e la difficoltà di assemblaggio. Lo spessore deve essere convalidato per l'architettura specifica della batteria.
Il livello di validazione finale dovrebbe riflettere il modo in cui viene utilizzato il materiale. Lo screening a livello di cella è utile, ma potrebbero essere comunque necessari test a livello di modulo e pacchetto perché i percorsi di propagazione, i gas di scarico, la geometria dell'involucro e i componenti vicini modificano il comportamento del sistema.
Prospettiva dei componenti della batteria per autoveicoli su 15 anni
Sulla base di 15 anni di esperienza nella produzione di componenti automobilistici e cablaggi, non seleziono la mica solo in base alla temperatura o allo spessore. La prima domanda è sempre dove si trova la parte: cella, modulo o pacco.
Una barriera cellulare deve controllare il trasferimento di calore locale senza disturbare lo sfiato; una barriera di moduli deve proteggere le interfacce elettriche e strutturali; e una barriera anti-impacco deve proteggere il recinto e il veicolo circostante. Il design affidabile deriva dall'abbinamento del grado di mica, dello spessore, della forma, del metodo di fissaggio e del test di convalida con l'esatto percorso di guasto.
[2] Elmelin — Componenti in mica per l'isolamento termico ed elettrico delle batterie
[3] Elettroserratura: protezione termica nelle batterie dei veicoli elettrici: il ruolo della mica
[6] UNECE: regolamento UN n. 100 Lavori di propagazione termica
