Неліктен қарапайым оқшаулағыш материалдар EV батареясының термиялық қашуы кезінде істен шығады?

Кәдімгі электрлік оқшаулағыш батареяның термиялық ағуы кезінде пайда болатын қатты қызу, жалын, ыстық бөлшектер, қысым және желдету газдарының комбинациясы әсер еткенде жұмсартады, кішірейеді, күйдіреді, көміртектенуі, жарылуы немесе диэлектрлік беріктігін жоғалтуы мүмкін.

Дұрыс шешім - жоғары температуралық оқшаулау, төмен жылу өткізгіштік, жалынға төзімділік, диэлектрлік тұрақтылық және теріс пайдалану жағдайында механикалық тұтастық үшін арнайы әзірленген жылудан қорғайтын кедергілерді пайдалану. Батареяның қалыпты жұмыс температурасында жақсы жұмыс істейтін материал термиялық қашу оқиғасына автоматты түрде сәйкес келмейді.

Неліктен термиялық қашу әдеттегі батареяны жылытудан ерекшеленеді?

Қалыпты оқшаулау жоғары температурада ұзақ уақыт жұмыс істей алады, бірақ термиялық қашық тікелей жалынды, қысымды, ыстық бөлшектерді және шоғырланған жылу ағынын қосқанда тез істен шығады.

Шешім тек үздіксіз пайдалану температура көрсеткіштерінен гөрі оқшаулауды теріс пайдалану жағдайларына қарсы бағалау болып табылады. UL Solutions аккумулятордың термиялық қашуы ағын тәріздес жалын, лақтырылған бөлшектер, жоғары температура және корпус ішіндегі қысымды тудыруы мүмкін екенін атап өтеді, яғни қорғаныс материалы бір уақытта бірнеше істен шығу механизміне төтеп беруі керек.^[1]

Бұл ерекшелік маңызды. 105°C, 125°C немесе одан да жоғары температурада қалыпты электрлік оқшаулау үшін есептелген материал тікелей термиялық қашу жағдайларына ұшыраған кезде құрылымын немесе диэлектрлік өнімділігін жоғалтуы мүмкін.

Неліктен қарапайым полимерлі оқшаулау жұмсартылуы немесе құлауы мүмкін?

Көптеген қарапайым полимерлі пленкалар мен көбіктер электрлік оқшаулауға, жастықшаға немесе тығыздауға арналған (қатты термиялық жылудың тікелей әсеріне ұшырамайды), сондықтан олар жұмсартылуы, жиырылуы, балқуы немесе тұрақты деформациялануы мүмкін.

Дұрыс шешім - термиялық тұрақтылығы нақты теріс пайдалану температурасы мен әсер ету ұзақтығы жағдайында жеткілікті болып қалатын материалдарды таңдау. Жоғары температуралы слюда, керамика негізіндегі тосқауылдар, аэрогель жүйелері және арнайы жасалған силикон материалдары әдетте қарапайым оқшаулау өз қызметін сақтай алмаған жағдайда қарастырылады.

Материалды таңдау ажыратуы керек жұмыс температурасының кедергісі мен термиялық кедергіні . Бұл бірдей спецификация емес.

Неліктен UL 94 V-0 жалғыз жеткіліксіз?

Материал UL 94 V-0 деңгейіне жетуі мүмкін және әлі де ұяшықтар арасындағы жылулық таралудан жеткіліксіз қорғанысты қамтамасыз ете алады, өйткені шағын масштабты жалын классификациясы толық термиялық қашу оқиғасын көрсетпейді.

Шешім жалын деңгейін тек бір материалдық қасиет ретінде қарастыру және жылу оқшаулауын, жылу ағынының тұрақтылығын, механикалық ұстауды, желдеткіш газының әсерін және жүйе деңгейіндегі таралу өнімділігін бөлек тексеру болып табылады. Роджерс жасуша термиялық қашқынға енгеннен кейін, V-0 көбігі энергияның бөлінуін өздігінен тоқтатпайтынын ерекше атап өтеді; пакеттік архитектура және жылу кедергілері маңызды болып қала береді.^[2]

Бұл аккумуляторлық материалдардағы ең көп тараған техникалық қателердің бірі: 'V-0' 'жылуға төзімділік' дегенді білдірмейді.

Қандай ақаулық режимдері аккумулятордың оқшаулауын сақтап қалуы керек?

Егер инженер тек жалынға төзімділікті бағаласа, оқшаулау әлі де эрозиядан, қысымнан, ыстық бөлшектерден, диэлектриктердің бұзылуынан, қысу жоғалуынан немесе көрші ұяшыққа жылу беруден істен шығуы мүмкін.

Дұрыс шешім тосқауыл материалын таңдаудан бұрын толық ақаулық ортасын тексеру болып табылады. UL батарея қорабын бағалау жоғары температураны, қысымды және шығарылатын бөлшектерді арнайы біріктіреді, өйткені термиялық қашу қарапайым жалын сынағы емес, көп физикалық оқиға болып табылады.^[1]

Неліктен төмен жылу өткізгіштік маңызды?

Материал физикалық тұрғыдан бүтін күйінде қалуы мүмкін, бірақ жылу көрші ұяшықты қоздыру үшін ол арқылы тез өтетін болса, жылу тосқауыл ретінде істен шығуы мүмкін.

Шешім материалдың тіршілігін де, тосқауыл арқылы жылу беруді де бақылау болып табылады. UL Prospector аэрогельдер, керамикалық көрпелер және инкапсуляциялау көбіктері төмен жылу өткізгіштікте және тығыздықта жақсы жұмыс істей алатынын, ал слюда күшті электрлік оқшаулауды қамтамасыз ететінін, бірақ жеткілікті өрттен қорғау үшін көбірек қалыңдықты қажет етуі мүмкін екенін атап өтеді.^[3]

Сондықтан дизайнның маңызды мақсаты жай ғана 'материал жанып кетеді ме?' емес, сонымен қатар 'қорғалған жаққа қаншалықты жылу жетеді және қаншалықты жылдам?' болып табылады.

Неліктен жұқа пластикалық пленкалар жеткіліксіз болуы мүмкін?

Жұқа полимерлі пленкалар қалыпты жұмыс кезінде диэлектриктердің тамаша бөлінуін қамтамасыз ете алады, бірақ термиялық қашу кезінде тұрақты жылу алмасуға қарсы тұру үшін өте аз термиялық массаны немесе қалыңдығын қамтиды.

Дұрыс шешім жұқа пленкаларды бірінші кезекте қажет болған жағдайда электрлік оқшаулау үшін пайдалану және термиялық таралу қаупі қажет болғанда арнайы жылу тосқауылын қосу болып табылады. Көп қабатты құрылым электр оқшаулау, жылу оқшаулау, механикалық қорғаныс және адгезия функцияларын ажырата алады.

Бір жұқа электрлік пленканы барлық төрт функцияны орындауға тырысу әдетте қабылданбайтын ымыраға келуге мәжбүр етеді.

Неліктен қарапайым көбік жеткіліксіз болуы мүмкін?

Кәдімгі көбік қысу төсемі, тығыздауыш немесе діріл сіңіргіш ретінде жақсы жұмыс істей алады, бірақ термиялық әсерге тікелей әсер еткенде беріктігі мен оқшаулау өнімділігін жоғалтады.

Шешім құрамдас бөлік қысу мен өрттен қорғауды қамтамасыз етуі керек болғанда, термиялық таралу үшін арнайы жасалған және расталған көбікті пайдалану болып табылады. Роджерстің ProCell EV Firewall материалдары батареяны қысу функциясын термиялық таралудан қорғаумен біріктіру үшін арнайы әзірленген силикон эластомерлік жүйелерінің мысалдары болып табылады.^[4]

Бұл маңызды ережені көрсетеді: кәдімгі силикон көбік пен термо-қашқынға төзімді силикон тосқауылдары автоматты түрде бірдей материал класы ретінде қарастырылмауы керек.

Неліктен слюда термиялық қашқыннан қорғау үшін жиі қолданылады?

Кәдімгі полимерлі оқшаулау жоғары температурада электрлік оқшаулауды және тосқауыл құрылымын сақтай алмаған жағдайда, ақаулық жақын маңдағы ұяшықтарды, шиналарды немесе қаптаманың құрамдастарын ашуы мүмкін.

Шешім жоғары температурадағы диэлектрлік тұрақтылық пен қатаң термиялық қорғаныс қажет болған жағдайда слюданы пайдалану болып табылады. Слюда күшті электрлік оқшаулау қабілетіне ие және EV аккумуляторлық жылу және өртке қарсы қолданбаларда кеңінен қолданылады, дегенмен талап етілетін қалыңдығы мен конструкциясы әлі де арнайы пакет архитектурасына байланысты.^[3]

Слюда әсіресе ұяшық тосқауылдары, модуль қабырғалары, шиналық оқшаулау, қаптама қақпағын қорғау және пішін тұрақтылығы мен электрлік оқшаулау маңызды басқа орындар үшін пайдалы.

Бір материал бүкіл термиялық қашу мәселесін шешуі керек пе?

Отқа төзімділікті, өте төмен жылу беруді, қысуды қалпына келтіруді, тығыздауды, дірілді бақылауды, диэлектрлік оқшаулауды және құрылымдық қорғанысты қамтамасыз ететін бір оқшаулау парағын күту әлі де бір маңызды талапты орындамайтын қымбат материалға әкелуі мүмкін.

Ең жақсы шешім көбінесе әр материал ең жақсы орындайтын функцияны орындайтын көп қабатты жүйе болып табылады. Мысалы, слюда жоғары температуралы диэлектрлік қорғанысты қамтамасыз ете алады, аэрогель жылу беруді азайтады, ал мамандандырылған силикон көбік қысу және термиялық таралу төзімділігін қамтамасыз ете алады.

UL Prospector сол сияқты құрылымдық талаптарды және талап етілетін термиялық сынақтарды қанағаттандыру үшін материалдар комбинациясы қажет болуы мүмкін екенін атап өтеді.^[3]

Жылулық оқшаулауды қалай таңдау керек?

Деректер парағындағы температура рейтингінен материалды таңдау жалған сенімділік тудыруы мүмкін, себебі батареяның шынайы теріс пайдаланылуы уақытты, жылу ағынын, жалынды, бөлшектерді, қысымды, геометрияны және көршілес құрамдастарды қамтиды.

Дұрыс шешім материалды нақты ұяшық пішімінен, ақаулық орнын, талап етілетін кешіктіру уақытынан, қорғалған беттегі температура мақсатынан, электрлік талаптан, механикалық жүктемеден, қол жетімді қалыңдықтан және теріс пайдалану сынағы сипаттамасынан таңдау болып табылады. Содан кейін материал үлгілері өкілдік жинақтарда тексерілуі керек.

Алдымен анықталатын инженерлік ақпарат:

Жасушалардың химиясы және пішімі, тосқауылдың орналасуы, қол жетімді максималды қалыңдық, диэлектрлік қажеттілік, күтілетін желдету бағыты, жылу таралу мақсаты, қысу талабы, жұмыс температурасы, жабысқақ конструкция, механикалық бекіту және батареяны теріс пайдалану сынағы стандарты.

Жылулық кедергінің өнімділігін қалай тексеру керек?

Кішкене талондық жалын сынағынан өткен материал нақты батареяның ішінде әлі де істен шығуы мүмкін, себебі қосылыстар, бекіткіштер, желдету жолдары, қысу және көршілес құрамдас бөліктер жылу ағынының жолын өзгертеді.

Шешім репрезентативті термиялық қашу жағдайында материал деңгейінде де, жүйе деңгейінде де өнімділікті тексеру болып табылады. UL 2596 жылу және механикалық әсер ету кезінде батарея қорапшасының материалдарын бағалайды, ал ISO 6469-1 және БҰҰ № 100 ережесі сияқты электр энергиясының батарея қауіпсіздігі талаптары көлік деңгейінде қайта зарядталатын энергияны сақтау жүйесінің қауіпсіздігін қарастырады.^[1][5][6]

БҰҰ ЕЭК сонымен қатар электр көліктерінің аккумуляторлық жүйелеріне күштірек термиялық таралу талаптары бойынша жұмысты жалғастырды, бұл термиялық қашу қорғанысы бір материалдың жалын рейтингі мәселесі емес, жүйе деңгейіндегі қауіпсіздік мәселесі екенін күшейтті.^[6]

EV батареясы үшін жылу тосқауылын таңдау керек пе?

Материалды алдын ала қарау үшін ұяшықты, модульді немесе қаптаманың орнын, қол жетімді қалыңдығын, қорғалған жақтағы температура мақсатын, диэлектрлік талаптарды, қысу талабын, ұяшықтар химиясын, желдеткіштің бағытын, CAD геометриясын, жабысқақ талаптарды және қолданылатын термиялық қашу сынақ нысанын дайындаңыз.

Дұрыс тосқауыл деректер парағында басып шығарылған жалын рейтингі немесе температура нөмірінен емес, нақты ақаулық режимінен таңдалуы керек.

Жиі қойылатын сұрақтар

Қалыпты электрлік оқшаулау батареяның жылу қашуына төтеп бере ала ма?

Міндетті емес. Кәдімгі электрлік оқшаулау қалыпты жұмыс температурасында жұмыс істеуі мүмкін, бірақ қатты термиялық әсер ету кезінде беріктігін, пішінін немесе диэлектрлік өнімділігін жоғалтады.

UL 94 V-0 EV батареясының термиялық кедергісі үшін жеткілікті ме?

№ V-0 стандартталған сынақ кезінде нақты тұтанғыштық әрекетін көрсетеді, бірақ термиялық қашу қорғанысы сонымен қатар жылу тасымалдағышына, материалдың қалыңдығына, желдетуге, бөгет құрылысына және қаптаманың архитектурасына байланысты.

Неліктен слюда термиялық қашу үшін қарапайым пластиктен жақсы?

Слюда көптеген қарапайым полимерлі пленкаларға қарағанда әлдеқайда күшті жоғары температурадағы диэлектрлік және құрылымдық тұрақтылықты ұсынады, бұл оны қатты термиялық және электрлік кедергілер үшін пайдалы етеді.

Силикон көбік термиялық қашудан қорғай алады ма?

Арнайы тұжырымдалған және расталған силикон материалдары термиялық таралудан қорғауды қамтамасыз ете алады, бірақ қарапайым силикон көбік автоматты түрде бірдей өнімділікті қамтамасыз етеді деп болжауға болмайды.

Жылулық қашықтағы кедергіде қандай қасиеттер маңызды?

Маңызды қасиеттерге термиялық төзімділік, жалынға төзімділік, диэлектрлік беріктік, жоғары температура тұрақтылығы, эрозияға төзімділік, механикалық тұтастық, қалыңдығы, тығыздығы және батарея құрылымымен үйлесімділік жатады.

Ең жоғары температура рейтингі әрқашан ең жақсы таңдау ма?

Жоқ. Жылу ағынының өнімділігі тек температура көрсеткішіне емес, жылу ағынына, әсер ету уақытына, геометрияға, қалыңдығына, материалдың құрылысына және жүйе дизайнына байланысты.

15 жылдық автомобиль батареясының құрамдас бөлігінің перспективасы

Автокөлік құрамдас бөліктері мен сымдарды өндірудегі 15 жылдық тәжірибеге сүйене отырып, мен батареяларды оқшаулағыш материалды ешқашан мақұлдамаймын, себебі ол электрлік оқшаулағыш, отқа төзімді немесе жоғары үздіксіз температураға жарамды.

Термиялық қашу мүлде басқа істен шығу ортасын жасайды: қарқынды жылу, жалын, қысым, ыстық бөлшектер, электр кернеуі және әсер ету уақыты бірге әрекет етеді. Сенімді шешім - алдымен нақты ақау жолын анықтау, содан кейін слюда, аэрогель, керамикалық материал, арнайы силикон немесе дәл орынды қорғай алатын көп қабатты құрылысты таңдау.

Беделді сілтемелер

[1] UL шешімдері — батарея корпусының термиялық қашуын бағалау және UL 2596

[2] Роджерс корпорациясы — UL 94 V-0 нақты әлем дизайнында маңызды

[3] UL Prospector — EV батареясы үшін өртке қарсы материалдарды таңдау

[4] Rogers Corporation — ProCell EV брандмауэрінің термиялық таралудан қорғауы

[5] ISO — ISO 6469-1: 2019 Электрмен жүретін жол көліктері, қайта зарядталатын энергияны сақтау жүйесінің қауіпсіздігі

[6] UNECE — БҰҰ Ережесі № 100 Rev.3, Электр пойыздарының қауіпсіздігі