Aerożel vs Mika: co jest lepsze dla ochrony termicznej akumulatora EV?

Wybór niewłaściwej bariery termicznej może sprawić, że ciepło z jednego uszkodzonego ogniwa litowo-jonowego szybciej dotrze do sąsiednich komórek, zwiększając ryzyko niekontrolowanej propagacji ciepła między ogniwami.

Aerożel jest na ogół lepszy, gdy priorytetem projektu jest maksymalna izolacja termiczna w cienkiej, lekkiej warstwie, natomiast mika jest mocniejsza, gdy priorytetami są izolacja elektryczna, stabilność strukturalna i działanie bariery wysokotemperaturowej. W przypadku wielu akumulatorów EV najlepszym rozwiązaniem nie jest wybór jednego materiału w sposób uniwersalny, ale zastosowanie każdego z nich, którego właściwości rozwiązują określone ryzyko termiczne i elektryczne.

Jaka jest główna różnica między aerożelem a miką?

Traktowanie aerożelu i miki jako wymiennych materiałów izolacyjnych może skutkować niepotrzebną grubością, wagą, kosztami lub niewystarczającą ochroną w krytycznych miejscach wewnątrz akumulatora.

Wybierz aerożel przede wszystkim do izolacji termicznej, a mikę przede wszystkim do zastosowań w solidnych barierach termoelektrycznych. Wysoce porowata struktura aerożelu niezwykle skutecznie tłumi przenoszenie ciepła, podczas gdy mika zapewnia doskonałe właściwości dielektryczne i pozostaje stabilna wymiarowo w wysokich temperaturach.

To rozróżnienie staje się szczególnie ważne podczas ucieczki termicznej. Firma UL Solutions zauważa, że ​​zdarzenia termiczne w akumulatorze EV mogą obejmować wyjątkowo wysokie temperatury, płomienie, ciśnienie i wyrzucane cząstki, co oznacza, że ​​przy wyborze materiału należy uwzględniać więcej niż jedną wartość przewodności cieplnej.^[1]

Czy aerożel jest lepszy w ochronie termicznej między komórkami?

Bez wystarczającej izolacji pomiędzy ciasno upakowanymi ogniwami ciepło uwalniane przez jedno uszkodzone ogniwo może szybko przenieść się do sąsiednich komórek i przyczynić się do propagacji w module.

Bariery na bazie aerożelu są szczególnie atrakcyjne tam, gdzie inżynierowie potrzebują dużej odporności termicznej przy minimalnej grubości i wadze. Ich porowata struktura ogranicza przewodzenie ciepła w ciałach stałych i gazowych, dzięki czemu stosunkowo cienkie bariery spowalniają przenoszenie ciepła pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami.

To sprawia, że ​​aerożel jest szczególnie przydatny w przypadku barier międzykomórkowych w modułach o dużej gęstości energii , gdzie liczy się każdy milimetr przestrzeni opakowania.

Kiedy mika jest lepsza niż aerożel?

Sama izolacja termiczna może nie wystarczyć w pobliżu szyn zbiorczych, połączeń wysokiego napięcia, pokryw modułów i innych miejscach, gdzie izolacja elektryczna i stabilność mechaniczna są równie ważne.

Mika jest często lepszym wyborem, gdy element musi zapewniać zarówno barierę wysokotemperaturową, jak i niezawodną izolację dielektryczną. Można go przetwarzać na arkusze i niestandardowe części wycinane do modułów, szyn zbiorczych, obudów i konstrukcji izolacyjnych wysokiego napięcia.

To sprawia, że ​​mika jest szczególnie przydatna w pobliżu szyn zbiorczych WN, złączy, interfejsów elektrycznych, granic modułów i obszarów ochrony na poziomie pakietu.

Aerożel czy mika: który materiał sprawdza się lepiej?

Wybór materiałów na podstawie jednej specyfikacji, takiej jak maksymalna temperatura, może ukryć istotne różnice w przewodności cieplnej, zachowaniu przy ściskaniu, wydajności dielektrycznej, grubości i trwałości mechanicznej.

Porównaj materiały zgodnie z ich rzeczywistą funkcją wewnątrz akumulatora, zamiast szukać jednego uniwersalnego zwycięzcy. Separator ogniw ma zupełnie inne wymagania niż bariera szyn zbiorczych WN lub element izolacji obudowy.

Czy aerożel i mikę można stosować razem?

Zmuszanie jednego materiału izolacyjnego do wykonywania wszystkich funkcji termicznych, elektrycznych i mechanicznych może spowodować powstanie nieefektywnego zestawu akumulatorów i zwiększyć koszty materiałów bez poprawy bezpieczeństwa.

Hybrydowa architektura izolacji może wykorzystywać aerożel w pobliżu ogniw i mikę w obszarach wymagających elektrycznie lub mechanicznie. Umożliwia to inżynierom stosowanie aerożelu tam, gdzie opór cieplny na jednostkę grubości ma największe znaczenie, oraz miki tam, gdzie parametry dielektryczne i bariery strukturalne stają się krytyczne.

Na przykład moduł baterii może wykorzystywać kompozyt aerożelowy pomiędzy ogniwami , podczas gdy elementy z miki wycinanej wokół szyn zbiorczych, połączeń wysokiego napięcia, pokryw modułów lub interfejsów obudów.

Jak inżynierowie powinni wybierać pomiędzy aerożelem a miką?

Wybór bariery termicznej przed zrozumieniem składu chemicznego ogniwa, zachowania propagacyjnego, dostępnej szczeliny, obciążenia ściskającego, napięcia i otaczających komponentów może prowadzić do kosztownych przeprojektowań po przetestowaniu modułu.

Najpierw zdefiniuj scenariusz awarii, a następnie wybierz materiał i grubość w zakresie wymaganej wydajności termicznej, elektrycznej i mechanicznej. Części prototypowe powinny ostatecznie zostać poddane walidacji na odpowiednich poziomach ogniwa, modułu i opakowania.

UL Solutions przeprowadza badania propagacji ciepła akumulatorów EV od ogniwa do poziomu pakietu i ocenia skuteczność barier zapobiegających propagacji i materiałów izolacyjnych.^[2] SAE J2464 dotyczy również testowania akumulatorów pojazdów elektrycznych i hybrydowych w warunkach wykraczających poza ich normalny zakres działania.^[3]

Potrzebujesz niestandardowych części aerożelowych lub mikowych do projektu baterii EV?

Fuqiang może obsługiwać niestandardowe elementy izolacji akumulatora w zależności od ogniwa, modułu, pakietu, szyny zbiorczej, złącza i układu okablowania wysokiego napięcia. Prześlij nam swój rysunek, wymaganą grubość, temperaturę roboczą, napięcie i miejsce instalacji w celu doboru materiału lub oceny próbki.

Często zadawane pytania

Czy aerożel jest lepszy od miki do akumulatorów EV?

Nie powszechnie. Aerożel jest na ogół silniejszy w przypadku izolacji termicznej o wysokiej wydajności, podczas gdy mika jest szczególnie cenna, gdy wymagana jest również izolacja elektryczna i konstrukcyjna bariera termiczna.

Gdzie stosuje się aerożel w zestawie akumulatorów pojazdów elektrycznych?

Kompozyty aerożelowe są powszechnie stosowane w miejscach o ograniczonej barierze termicznej, np. pomiędzy ogniwami akumulatorów lub wokół modułów , gdzie ograniczenie wymiany ciepła ma kluczowe znaczenie.

Gdzie stosuje się mikę w akumulatorach EV?

Komponenty mikowe można stosować wokół modułów, szyn zbiorczych, połączeń wysokiego napięcia, pokryw akumulatorów i interfejsów obudów wymagających izolacji termicznej i elektrycznej.

Czy mika może zatrzymać ucieczkę termiczną akumulatora?

Mika nie zatrzymuje elektrochemicznej niekontrolowanej przemiany termicznej występującej wewnątrz uszkodzonego ogniwa. Może stanowić część systemu barier zaprojektowanego w celu opóźnienia rozprzestrzeniania się ciepła i płomieni do otaczających elementów.

Czy aerożel może całkowicie zapobiec rozprzestrzenianiu się ciepła?

Nie należy zakładać, że żaden materiał całkowicie zapobiega rozprzestrzenianiu się bez walidacji na poziomie systemu. Wydajność bariery zależy od budowy materiału, grubości, składu chemicznego komórek, odstępów, kompresji, strumienia ciepła, wentylacji i architektury opakowania.

Perspektywa 15-letniej wiązek przewodów samochodowych

Po 15 latach pracy z wiązkami przewodów samochodowych i systemami elektrycznymi pojazdów elektrycznych postrzegam izolację akumulatora jako część kompletnej architektury wysokiego napięcia, a nie odrębną decyzję dotyczącą materiału. Aerożel może kontrolować przenoszenie ciepła wokół ogniw, podczas gdy mika może zapewnić solidną separację termiczną i elektryczną wokół szyn zbiorczych, złączy WN i interfejsów okablowania.

Najlepszym materiałem nie jest więc po prostu aerożel czy mika. To materiał, grubość, geometria i lokalizacja prawidłowo odpowiadają rzeczywistemu trybowi awarii akumulatora.

Autorytatywne referencje

[1] Rozwiązania UL — ocena niestabilności termicznej obudowy akumulatora (BETR).

[2] Rozwiązania UL — Testy dotyczące nadużywania akumulatorów pojazdów elektrycznych, testów ogniowych, termicznych i wydajnościowych

[3] SAE International — J2464 Testowanie nadużywania akumulatora pojazdu elektrycznego