Aerogel versus Mica: wat is beter voor de thermische bescherming van EV-batterijen?

Als u de verkeerde thermische barrière kiest, kan de warmte van een defecte lithium-ioncel sneller aangrenzende cellen bereiken, waardoor het risico op thermische voortplanting van cel naar cel groter wordt.

Aerogel is over het algemeen beter wanneer de ontwerpprioriteit maximale thermische isolatie in een dunne, lichtgewicht laag is, terwijl mica sterker is wanneer elektrische isolatie, structurele stabiliteit en barrièreprestaties bij hoge temperaturen de prioriteiten zijn. Bij veel EV-batterijpakketten is de beste oplossing niet het universeel kiezen van één materiaal, maar het gebruik van elk materiaal waarvan de eigenschappen een specifiek thermisch en elektrisch risico oplossen.

Wat is het belangrijkste verschil tussen aerogel en mica?

Het behandelen van aerogel en mica als verwisselbare isolatiematerialen kan resulteren in onnodige dikte, gewicht, kosten of onvoldoende bescherming op kritieke locaties in het batterijpakket.

Selecteer aerogel in de eerste plaats voor thermische isolatie en mica in de eerste plaats voor robuuste thermisch-elektrische barrièretoepassingen. De zeer poreuze structuur van Aerogel onderdrukt de warmteoverdracht uiterst effectief, terwijl mica uitstekende diëlektrische eigenschappen biedt en vormvast blijft onder zware temperaturen.

Het onderscheid wordt vooral belangrijk tijdens thermische runaway. UL Solutions merkt op dat thermische gebeurtenissen in EV-batterijen gepaard kunnen gaan met extreem hoge temperaturen, vlammen, druk en uitgestoten deeltjes, wat betekent dat bij de materiaalkeuze meer dan één enkele thermische geleidbaarheidswaarde in aanmerking moet worden genomen.^[1]

Is Aerogel beter voor cel-tot-cel thermische runaway-bescherming?

Zonder voldoende isolatie tussen dicht opeengepakte cellen kan de warmte die vrijkomt door één defecte cel snel worden overgedragen naar aangrenzende cellen en bijdragen aan de voortplanting door de module.

Op Aerogel gebaseerde barrières zijn bijzonder aantrekkelijk wanneer ingenieurs een sterke thermische weerstand nodig hebben met minimale dikte en gewicht. Hun poreuze structuur beperkt de warmtegeleiding van vaste en gasvormige stoffen, waardoor relatief dunne barrières de warmteoverdracht tussen aangrenzende oppervlakken kunnen vertragen.

Dit maakt aerogel vooral relevant voor cel-tot-celbarrières in modules met een hoge energiedichtheid , waarbij elke millimeter verpakkingsruimte ertoe doet.

Wanneer is Mica beter dan Aerogel?

Thermische isolatie alleen is mogelijk niet voldoende rond rails, hoogspanningsverbindingen, moduleafdekkingen en andere locaties waar elektrische isolatie en mechanische stabiliteit even belangrijk zijn.

Mica is vaak de sterkere keuze wanneer het onderdeel zowel een hoge temperatuurbarrière als betrouwbare diëlektrische isolatie moet bieden. Het kan worden verwerkt tot platen en op maat gemaakte gestanste onderdelen voor modules, rails, behuizingen en hoogspanningsisolatiestructuren.

Dit maakt mica bijzonder nuttig in de buurt van hoogspanningsrails, connectoren, elektrische interfaces, modulegrenzen en beschermingsgebieden op pakketniveau.

Aerogel versus Mica: welk materiaal presteert beter?

Het selecteren van materialen op basis van één enkele specificatie, zoals maximale temperatuur, kan belangrijke verschillen in thermische geleidbaarheid, compressiegedrag, diëlektrische prestaties, dikte en mechanische duurzaamheid verbergen.

Vergelijk de materialen op basis van hun werkelijke functie in het batterijpakket in plaats van te zoeken naar één universele winnaar. Een celscheider stelt heel andere eisen dan een HV-railbarrière of behuizingsisolatiecomponent.

Kunnen aerogel en mica samen worden gebruikt?

Het forceren van één isolatiemateriaal om elke thermische, elektrische en mechanische functie uit te voeren kan een inefficiënt accupakket creëren en de materiaalkosten verhogen zonder de veiligheid te verbeteren.

Een hybride isolatiearchitectuur kan aerogel gebruiken in de buurt van cellen en mica rond elektrisch of mechanisch veeleisende gebieden. Hierdoor kunnen ingenieurs aerogel gebruiken waar de thermische weerstand per dikte-eenheid het belangrijkst is, en mica waar de diëlektrische en structurele barrièreprestaties van cruciaal belang worden.

Een batterijmodule kan bijvoorbeeld een aerogelcomposiet tussen cellen gebruiken, terwijl gestanste mica-componenten worden gebruikt rond rails, hoogspanningsverbindingen, moduleafdekkingen of behuizingsinterfaces.

Hoe moeten ingenieurs kiezen tussen aerogel en mica?

Het kiezen van een thermische barrière voordat u de celchemie, het voortplantingsgedrag, de beschikbare opening, de compressiebelasting, de spanning en de omringende componenten begrijpt, kan leiden tot duur herontwerp na het testen van de module.

Definieer eerst het faalscenario en selecteer vervolgens het materiaal en de dikte rond de vereiste thermische, elektrische en mechanische prestaties. Prototypeonderdelen moeten uiteindelijk worden gevalideerd op het relevante cel-, module- en pakketniveau.

UL Solutions voert thermische voortplantingstests van EV-batterijen uit van cel tot pakketniveau en evalueert de effectiviteit van anti-voortplantingsbarrières en isolatiematerialen.^[2] SAE J2464 behandelt ook misbruiktests van accu's van elektrische en hybride voertuigen onder omstandigheden buiten hun normale werkingsbereik.^[3]

Aangepaste aerogel- of mica-onderdelen nodig voor een EV-batterijproject?

Fuqiang kan op maat gemaakte batterij-isolatiecomponenten ondersteunen op basis van uw cel-, module-, pakket-, busbar-, connector- en hoogspanningsbedradingslay-out. Stuur ons uw tekening, vereiste dikte, bedrijfstemperatuur, spanning en installatielocatie voor materiaalkeuze of monsterevaluatie.

Veelgestelde vragen

Is aerogel beter dan mica voor EV-batterijen?

Niet universeel. Aerogel is over het algemeen sterker voor zeer efficiënte thermische isolatie, terwijl mica vooral waardevol is wanneer ook elektrische isolatie en structurele thermische barrièreprestaties vereist zijn.

Waar wordt aerogel gebruikt in een EV-batterijpakket?

Aerogelcomposieten worden vaak overwogen voor locaties met nauwe thermische barrières, zoals tussen batterijcellen of rond modules, waar het beperken van de warmteoverdracht van cruciaal belang is.

Waar wordt mica gebruikt in EV-batterijen?

Mica-componenten kunnen worden gebruikt rond modules, rails, hoogspanningsverbindingen, batterijdeksels en behuizingsinterfaces die thermische en elektrische isolatie vereisen.

Kan mica de thermische runaway van de batterij stoppen?

Mica kan de elektrochemische thermische runaway in een defecte cel niet voorkomen. Het kan deel uitmaken van een barrièresysteem dat is ontworpen om de verspreiding van hitte en vlammen naar omliggende componenten te vertragen.

Kan aerogel de voortplanting van thermische op hol geslagen volledig voorkomen?

Er mag niet worden aangenomen dat materiaal de verspreiding volledig verhindert zonder validatie op systeemniveau. De prestaties van de barrière zijn afhankelijk van de materiaalconstructie, dikte, celchemie, afstand, compressie, warmteflux, ventilatie en pakketarchitectuur.

15-jarig perspectief op kabelbomen voor de automobielsector

Na vijftien jaar te hebben gewerkt met kabelbomen voor auto's en elektrische systemen voor elektrische voertuigen, beschouw ik batterij-isolatie als onderdeel van de complete hoogspanningsarchitectuur – en niet als een op zichzelf staande materiële beslissing. Aerogel kan de warmteoverdracht rond cellen regelen, terwijl mica voor een robuuste thermische en elektrische scheiding rond busbars, HV-connectoren en bedradingsinterfaces kan zorgen.

Het beste materiaal is daarom niet simpelweg aerogel of mica. Het zijn het materiaal, de dikte, de geometrie en de locatie die correct overeenkomen met de werkelijke storingsmodus van de batterij.

Gezaghebbende referenties

[1] UL Solutions — Evaluatie van thermische runaway-batterijen (BETR).

[2] UL Solutions — EV-batterijmisbruik, brand-, thermische en prestatietests

[3] SAE International — J2464 Testen van misbruik van accu's van elektrische voertuigen