Dove dovrebbero essere posizionate le barriere termiche all'interno di un pacco batterie per veicoli elettrici?

L'utilizzo di un isolamento eccellente nella posizione sbagliata può comunque consentire al calore, alla fiamma o ai gas di sfiato di oltrepassare la barriera e propagarsi attraverso il pacco batteria.

L'isolamento della batteria deve essere posizionato in base al percorso di propagazione previsto. Le barriere da cella a cella prendono di mira la cella vicina più vicina, le barriere da modulo a modulo creano un secondo livello di separazione, mentre i materiali a livello di pacchetto proteggono coperture, involucri e zone elettriche sensibili.

Una solida strategia di prevenzione della propagazione termica utilizza quindi la localizzazione del materiale con la stessa attenzione delle prestazioni del materiale. L'obiettivo non è riempire la batteria di materiale isolante, ma interrompere i percorsi termici ed elettrici più importanti.

Dove dovrebbero essere installate le barriere cellula-cellula?

Se le celle adiacenti hanno un percorso termico diretto, una cella guasta può trasferire rapidamente energia alla cella vicina.

Posizionare barriere cellula-cellula sulle interfacce dove le cellule vicine possono scambiare il calore più dannoso. Per le architetture prismatiche e a sacchetto, la barriera potrebbe anche dover contenere il rigonfiamento e la compressione delle celle per tutta la durata della batteria.

Aspen Aerogels descrive i suoi prodotti PyroThin specificamente come barriere termiche da cellula a cellula per batterie a sacchetto e prismatiche, che combinano la protezione termica con il comportamento meccanico sotto compressione della batteria.^[1]

Dove dovrebbero andare le barriere tra moduli?

L'interruzione della conduzione diretta da cellula a cellula non garantisce che un evento termico non possa raggiungere un altro modulo attraverso parti strutturali, gas di scarico o fiamme.

Utilizzare la separazione a livello di modulo per interrompere il percorso di propagazione successivo. La geometria della barriera dovrebbe considerare le pareti dei moduli, gli spazi vuoti, le interfacce strutturali e la probabile direzione dello sfiato anziché semplicemente posizionare un foglio tra due alloggiamenti dei moduli.

Saint-Gobain identifica i cuscinetti termoisolanti sia per l'ammortizzazione delle celle che per le posizioni tra i moduli, illustrando come la strategia di barriera può estendersi oltre le singole celle.^[2]

Il coperchio del pacco batteria necessita di isolamento termico?

Una strategia di barriera focalizzata solo tra le celle può lasciare la copertura del pacco esposta a getti di fiamme, gas caldi e particelle espulse.

Valutare il coperchio e l'involucro della confezione come zone di protezione termica separate. UL Solutions rileva che l'instabilità termica della batteria può produrre fiamme simili a getti, pressione e particelle in grado di erodere il materiale protettivo dell'involucro.^[3]

Questo è il motivo per cui l’isolamento tra celle e la protezione dell’involucro non dovrebbero essere considerati intercambiabili. L'esposizione termica e meccanica può essere molto diversa.

In che modo gli ingegneri dovrebbero decidere il posizionamento delle barriere?

L’aggiunta di isolamento ovunque può aumentare il peso, i costi e la compressione senza controllare il meccanismo di propagazione dominante.

Mappare l'evento termico prima di definire le parti fustellate. Identificare la cella di avvio, le celle vicine, la direzione dello sfiato, i confini del modulo, le sbarre collettrici, le strutture di raffreddamento, la copertura del pacco e potenziali percorsi di fiamma o gas.

Lo spessore e il materiale della barriera possono quindi essere ottimizzati per ciascuna posizione anziché forzare un foglio isolante a svolgere ogni funzione.

Hai bisogno di aiuto per trasformare il layout di una batteria in parti isolanti fustellate?

Invia a Fuqiang la disposizione delle celle, il disegno del modulo, gli spazi disponibili, la direzione dello sfiato e i requisiti di isolamento. Il nostro team di ingegneri può esaminare le posizioni delle barriere da cellula a cellula, a livello di modulo e di pacco e preparare campioni per la convalida.

Domande frequenti

Dove dovrebbe andare l’isolamento tra le celle della batteria?

Dovrebbe essere posizionato sulle interfacce delle celle dove può ridurre il trasferimento di calore alle celle adiacenti soddisfacendo al tempo stesso la compressione e il movimento delle celle richiesti.

Cos’è una barriera termica cellula-cellula?

È un materiale posizionato tra le celle vicine per ridurre il trasferimento di calore e aiutare a prevenire che un evento termico in una cella inneschi quella successiva.

Cos'è una barriera da modulo a modulo?

Si tratta di una protezione termica o antincendio posizionata tra i moduli batteria per contribuire a limitare la propagazione oltre il modulo interessato.

L’isolamento della batteria dei veicoli elettrici dovrebbe coprire l’intero pacco?

Non necessariamente. La posizione della barriera deve tenere conto dei rischi termici, di fiamma, elettrici e di ventilazione. L'aggiunta di materiale laddove fornisce scarsa protezione può aumentare inutilmente la massa e i costi.

L’isolamento tra cellule è sufficiente per fermare la propagazione termica?

Non sempre. La progettazione del pacco deve considerare anche i gas di scarico, le fiamme, la conduzione strutturale, i confini dei moduli e la protezione dell'involucro.

Una prospettiva di 15 anni sul cablaggio automobilistico e sulla batteria dei veicoli elettrici

Dopo 15 anni di lavoro con i sistemi elettrici automobilistici, mi avvicino all'isolamento della batteria in modo molto simile alla protezione del cablaggio: metto la protezione dove viaggia effettivamente l'energia di guasto. Il posizionamento corretto può essere importante quanto la conduttività termica o la capacità di temperatura stampata sulla scheda tecnica del materiale.

Riferimenti autorevoli

[1] Aspen Aerogels: barriere termiche cellula-cellula per batterie di veicoli elettrici

[2] Saint-Gobain: cuscinetti termici per celle e moduli serie TRP

[3] Soluzioni UL: valutazione dell'instabilità termica degli involucri delle batterie