Wyświetlenia: 0 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2026-07-05 Pochodzenie: Strona
Jeśli ogniwa akumulatorów pojazdów elektrycznych są ciasno upakowane bez odpowiedniej bariery termicznej, jedno przegrzewające się ogniwo może przenosić ciepło do sąsiednich ogniw, powodować propagację ciepła, uszkodzić akumulator i stworzyć poważne zagrożenie pożarowe.
Najskuteczniejszym rozwiązaniem jest umieszczenie aerożelowych podkładek izolacyjnych do akumulatorów pojazdów elektrycznych pomiędzy ogniwami, modułami, strefami szyn zbiorczych lub gorącymi punktami na poziomie pakietu, aby spowolnić przenoszenie ciepła, pochłonąć naprężenia ściskające i pomóc kontrolować niekontrolowaną propagację ciepła.
Podkładki izolacyjne z aerożelu do akumulatorów EV to ultralekkie materiały stanowiące barierę termiczną stosowane wewnątrz akumulatorów litowo-jonowych. Są szczególnie cenne w pakietach pojazdów elektrycznych o dużej gęstości, gdzie każdy milimetr wpływa na gęstość energii, bezpieczeństwo i niezawodność montażu.
Źródło obrazu: Zasoby inżynierii bariery termicznej Aspen Aerogels PyroThin.[1]
Jeśli termin „podkładka aerożelowa” będzie traktowany jako zwykła izolacja piankowa lub gąbkowa, akumulator może utracić krytyczną ochronę przed przenoszeniem ciepła, zmianami kompresji i niekontrolowaną propagacją ciepła.
Prawidłowa odpowiedź jest taka, że podkładka izolacyjna z aerożelu do akumulatorów pojazdów elektrycznych to cienka, lekka bariera termiczna wykonana z materiału na bazie aerożelu i zaprojektowana z myślą o ochronie ogniw, modułów lub pakietów litowo-jonowych.
Aspen Aerogels opisuje PyroThin jako ultracienką, lekką izolację i barierę ogniową zaprojektowaną w celu ograniczenia ucieczki ciepła na poziomie ogniwa do ogniwa, modułu i bariery opakowania.[1] W praktycznej konstrukcji akumulatorów podkładki te znajdują się w miejscach, w których ciepło musi zostać opóźnione, zablokowane lub przekierowane.
Lokalizacja baterii |
Główne ryzyko |
Funkcja podkładki aerożelowej |
Wartość inżynieryjna |
|---|---|---|---|
Między komórkami |
Propagacja ciepła między komórkami |
Spowalnia przenoszenie ciepła z uszkodzonego ogniwa |
Poprawia margines bezpieczeństwa na poziomie opakowania |
Pomiędzy modułami |
Rozprzestrzenianie się ognia z modułu na moduł |
Tworzy strefę bariery termicznej |
Wspiera strategię powstrzymywania |
Pod szynami zbiorczymi lub strefami łączącymi |
Lokalne stężenie ciepła |
Zapewnia izolację i wsparcie dystansowe |
Zmniejsza ryzyko transferu typu „hot-spot”. |
Pokrywa opakowania lub ściana boczna |
Ogień zewnętrzny lub ciepło uderzeniowe |
Dodaje pasywną ochronę termiczną |
Wzmacnia architekturę bezpieczeństwa opakowania |
Obszar stosu kompresji |
Obrzęk komórek i zmiana ciśnienia |
Współpracuje z konstrukcją podkładki kompresyjnej |
Utrzymuje stabilny kontakt mechaniczny |
Jeśli wysokoenergetyczny zestaw akumulatorów opiera się wyłącznie na chłodzeniu cieczą i monitorowaniu BMS, może wykryć usterkę, ale nadal nie będzie w stanie fizycznie spowolnić wymiany ciepła, gdy ogniwo wejdzie w stan niestabilności termicznej.
Lepszym rozwiązaniem jest połączenie aktywnego zarządzania temperaturą z pasywnymi podkładkami izolacyjnymi z aerożelu, dzięki czemu pakiet ma zarówno kontrolę monitorowania, jak i odporność na propagację fizyczną.
Ucieczka termiczna to nie tylko problem temperatury; jest to problem reakcji łańcuchowej. Dobra podkładka aerożelowa zapewnia akumulatorowi więcej czasu, zmniejszając przewodzenie ciepła z ogniwa inicjującego do pobliskich ogniw.
Źle: zakładając, że sama płyta chłodząca może zatrzymać każde zdarzenie termiczne. Poprawnie: jednoczesne użycie chłodzenia, wentylacji, czujników, logiki BMS i barier aerożelowych.
Jeśli ciepło przepływa zbyt szybko przez stos akumulatorów, sąsiednie ogniwa mogą osiągnąć niebezpieczną temperaturę, zanim BMS, płyta chłodząca lub ścieżka wentylacyjna będą w stanie kontrolować to zdarzenie.
Bezpośrednim rozwiązaniem jest wykorzystanie nanoporowatej struktury aerożelu w celu ograniczenia ruchu gazów i ograniczenia przewodzenia ciepła przez warstwę izolacyjną.
NASA wyjaśnia, że aerożele są niezwykle porowate, mają bardzo niską gęstość i bardzo skutecznie zapobiegają przenoszeniu ciepła, ponieważ ich pory mają wielkość nanometrów.[2] Dzięki temu aerożel jest cenny tam, gdzie cienka izolacja musi działać lepiej niż zwykła pianka polimerowa.
Źródło obrazu: badania NASA nad materiałami izolacyjnymi w postaci aerożelu.[2]
Jeśli wiązka przewodów wysokiego napięcia, wiązka czujników lub izolacja szyn zbiorczych zostaną poprowadzone zbyt blisko ścieżki propagacji ciepła, izolacja może ulec degradacji, zaciski mogą się poluzować, a sygnały diagnostyczne mogą nie działać w przypadku awarii.
Lepszym rozwiązaniem jest zaprojektowanie podkładek izolacyjnych z aerożelu wraz z okablowaniem WN, liniami wykrywania napięcia, czujnikami temperatury, osłonami szyn zbiorczych i strategią uszczelniania opakowań.
Bezpieczeństwo baterii to nie tylko chemia ogniwa. Jest to projekt pełnego systemu obejmujący bariery ogniw, prowadzenie wiązek przewodów wysokiego napięcia, kanały wentylacyjne, rozmieszczenie czujników, uziemienie, ekranowanie i ochronę złączy.
Obszar uprzęży |
Ryzyko termiczne |
Wsparcie podkładki aerożelowej |
Przypomnienie o projekcie |
|---|---|---|---|
Wyjście kabla WN |
Uszkodzenia cieplne podczas odpowietrzania ogniwa |
Tworzy oddzielenie od gorących stref |
Użyj tulei żaroodpornej i odpowiedniej przelotki |
Wiązka czujnika napięcia |
Utrata sygnału podczas nagrzewania modułu |
Chroni pobliskie przewody niskoprądowe |
Trzymać z dala od ścieżki wentylacyjnej i ostrych krawędzi szyn zbiorczych |
Przewód czujnika temperatury |
Fałszywy odczyt lub uszkodzenie przewodu |
Kontroluje ekspozycję na ciepło w pobliżu powierzchni komórki |
Nie blokuj wymaganego kontaktu czujnika |
Strefa osłony szyn zbiorczych |
Łuk i koncentracja ciepła |
Dodaje pasywną warstwę izolacyjną |
Zachowaj pełzanie, prześwit i konstrukcję dielektryczną |
Jeśli wkładka zostanie wybrana po tym, jak układ opakowania jest już zamrożony, inżynier może być zmuszony do stosowania złej grubości, złej kompresji, zablokowanego odpowietrzania lub niebezpiecznego prześwitu uprzęży.
Najlepszym rozwiązaniem jest zaangażowanie dostawcy podkładek aerożelowych i dostawcy wiązek przewodów na wczesnym etapie projektowania modułu, prowadzenia przewodów wysokiego napięcia i symulacji propagacji ciepła.
Dobry proces selekcji rozpoczyna się od formatu ogniwa, składu chemicznego, gęstości energii, docelowej grubości opakowania, siły ściskającej, położenia płyty chłodzącej, kierunku wentylacji i celu testu bezpieczeństwa. Podkładkę należy sprawdzić w rzeczywistym stosie modułów, a nie tylko na płaskiej próbce laboratoryjnej.
Aby uzyskać szybką ocenę, prześlij rozmiar ogniwa, rysunek modułu, docelową grubość, zakres kompresji, maksymalną temperaturę i roczną objętość. Mała wycięta próbka aerożelu może pomóc w potwierdzeniu dopasowania przed użyciem narzędzi do masowej produkcji.
Aerożel stosuje się, ponieważ zapewnia silną izolację termiczną w lekkiej i cienkiej formie. Pomaga to inżynierom zajmującym się akumulatorami chronić ogniwa bez marnowania zbyt dużej ilości miejsca w opakowaniu.
Podkładki aerożelowe nie zapobiegają uszkodzeniu każdej komórki. Ich celem jest spowolnienie lub zatrzymanie rozprzestrzeniania się ciepła z jednego uszkodzonego ogniwa do pobliskich ogniw, w zależności od kompletnego projektu opakowania.
Można je umieszczać pomiędzy ogniwami, pomiędzy modułami, w pobliżu szyn zbiorczych, pod pokrywami opakowań, obok ścieżek wentylacyjnych lub w strefach barierowych na poziomie opakowań.
Wiele podkładek do akumulatorów aerożelowych zaprojektowano tak, aby zapewniały izolację elektryczną, ale dokładna wytrzymałość dielektryczna zależy od struktury produktu i metody testowania. Zawsze sprawdzaj arkusz danych dostawcy.
Podkładki izolacyjne z aerożelu do akumulatorów EV to nie tylko miękkie prześcieradła umieszczane pomiędzy ogniwami. Są to bariery termiczne o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, które muszą współpracować z chemią ogniw, wentylacją, sprężaniem, chłodzeniem, szynami zbiorczymi, czujnikami, złączami i prowadzeniem wiązek wysokiego napięcia.
Po 15 latach pracy z samochodowymi wiązkami przewodów, zespołami kabli akumulatorów pojazdów elektrycznych, interkonektami wysokiego napięcia i niestandardowymi systemami zasilania pojazdów moja zasada jest prosta: bezpieczeństwo akumulatorów nigdy nie zależy od samego jednego materiału; powstaje w wyniku współdziałania każdego materiału, przewodu, złącza i ścieżki cieplnej. Jeśli Twój projekt baterii EV wymaga podkładek izolacyjnych z aerożelu, ochrony wiązki przewodów wysokiego napięcia, izolacji szyn zbiorczych lub przeglądu bariery termicznej na etapie próbki, prześlij układ ogniw, klasę napięcia, ścieżkę trasowania i cel walidacji przed rozpoczęciem produkcji. Mała próbka i wczesny przegląd techniczny mogą później zapobiec znacznie większym awariom na poziomie pakietu.
Aspen Aerogels, „PyroThin Thermal Runaway Bariera dla pojazdów elektrycznych”. Aspen Aerożele PyroThin
NASA, „Aerożele: cieńsze, lżejsze, mocniejsze”. Badania NASA nad aerożelem
Instytut Badawczy Southwest, „Standardowe testowanie akumulatorów UL 2580”. Testowanie baterii SwRI UL 2580
SAE International, „Badanie bezpieczeństwa i nadużyć systemu magazynowania energii w pojazdach elektrycznych i hybrydowych SAE J2464”. SAE J2464
Aspen Aerogels, „Łagodzenie niekontrolowanej temperatury w pojazdach elektrycznych”. Bariery termiczne do akumulatorów Aspen Aerogels
Spinoff NASA, „Aerożele izolują misje i produkty konsumenckie”. Zastosowania aerożelu Spinoff NASA
