Która bariera termiczna jest najlepsza dla akumulatorów pojazdów elektrycznych: mika, aerożel czy kompozyt ceramiczny? 

Wybór bariery termicznej do akumulatora EV wyłącznie na podstawie maksymalnej temperatury może narazić pakiet na propagację między ogniwami, strumienie płomieni, erozję cząstek lub awarię elektryczną.

Właściwy materiał zależy od miejsca zainstalowania bariery i tego, co musi ona robić zarówno podczas normalnej pracy na akumulatorze, jak i podczas zdarzenia termicznego. Aerożel jest szczególnie atrakcyjny ze względu na cienką rezystancję termiczną między komórkami, mika zapewnia solidną izolację elektryczną i wysokotemperaturową, podczas gdy ceramiczne materiały kompozytowe mogą zapewniać silną ochronę przeciwpożarową i termiczną w zastosowaniach na poziomie modułów i pakietów.

Dlatego nie ma uniwersalnego zwycięzcy w porównaniu aerożelu z miką . Przed wybraniem materiału inżynier zajmujący się akumulatorami powinien najpierw określić ekspozycję termiczną, grubość, ściskanie, wymagania dielektryczne i miejsce instalacji.

Czym różnią się bariery mikowe, aerożelowe i ceramiczne?

Zastąpienie jednego materiału innym pod względem samej przewodności cieplnej może rozwiązać jeden problem, powodując jednocześnie problem z pakowaniem, ściskaniem lub izolacją elektryczną.

Porównaj materiały według funkcji, a nie nazwy materiału. Aerożel może zapewnić wysoką odporność termiczną w cienkiej przestrzeni między komórkami; mika jest szeroko stosowana do izolacji elektrycznych i barier ognioodpornych; Kompozyty na bazie ceramiki stają się atrakcyjne tam, gdzie liczy się duża ekspozycja termiczna i wydajność bariery strukturalnej.

Kiedy aerożel jest lepszy niż mika między ogniwami akumulatora?

Użycie bariery przewodzącej zbyt dużo ciepła przez wąską szczelinę komórkową może pozwolić uszkodzonej komórce na nagrzanie sąsiada wystarczająco szybko, aby przyczynić się do propagacji.

Aerożel staje się szczególnie interesujący tam, gdzie duży opór cieplny musi zmieścić się w cienkiej przestrzeni między komórkami. Komercyjne bariery aerożelowe dla pojazdów elektrycznych można również zaprojektować w oparciu o zachowanie ściskające, dzięki czemu podkładka działa podczas normalnego pęcznienia komórek, a także podczas nietypowego zdarzenia termicznego.^[1]

Firma Aspen Aerogels zgłosiła przykład minimodułu wykorzystującego dwa ogniwa pryzmatyczne 62 Ah z barierą PyroThin o grubości 2,35 mm przy naprężeniu około 50%. W tym konkretnym teście sąsiednia komórka nie uległa niekontrolowanej zmianie temperatury, chociaż Aspen wyraźnie zauważa, że ​​układ wyizolował niektóre wtórne ścieżki propagacji występujące w kompletnym pakiecie.^[2]

Wyniku tego nie należy przekładać na uniwersalną „regułę aerożelu 2,35 mm”. Chemia ogniwa, energia, odstępy, mechanizmy kompresji i propagacji różnią się w zależności od konstrukcji akumulatora.

Kiedy mika i kompozyty ceramiczne są lepszym wyborem?

Zastosowanie wszędzie miękkiego materiału kompresyjnego może spowodować pozostawienie szyn zbiorczych, granic modułów lub pokryw pakietów bez wymaganej bariery elektrycznej lub strukturalnej.

Jeśli projekt wymaga izolacji elektrycznej w wysokiej temperaturze, odporności ogniowej lub bardziej stabilnej strukturalnie bariery, należy stosować mikę lub ceramiczne materiały kompozytowe. Mika może być szczególnie przydatna wokół przewodów WN, szyn zbiorczych, konstrukcji modułów i izolacji na poziomie pakietu.

Ceramifikowalne kompozyty silikonowe zapewniają inną drogę. Na przykład Saint-Gobain wymienia produkty silikonowe zdolne do ceramidowania do podkładek chroniących przed niekontrolowaną temperaturą między komórkami i do ochrony opakowań, wykazując, że system formowania ceramiki może łączyć elastyczność podczas montażu z barierą ochronną podczas narażenia na duże ciepło.^[3]

Jak wybrać barierę termiczną?

Zakup materiału o najbardziej imponujących parametrach temperaturowych nie oznacza, że ​​akumulator będzie odporny na rozprzestrzenianie się ciepła.

Zdefiniuj rzeczywiste ryzyko awarii i zweryfikuj ukończoną konstrukcję. Weź pod uwagę skład chemiczny ogniwa, lokalizację bariery, dostępną grubość, kompresję, parametry dielektryczne, ekspozycję na płomień, wpływ cząstek i sąsiadujące materiały.

Firma UL Solutions zauważa, że ​​niekontrolowane zjawisko termiczne może obejmować wysoką temperaturę, ciśnienie, płomienie przypominające strumień i wyrzucane cząstki, które mogą powodować erozję materiałów ochronnych. Testy UL 2596 zostały opracowane w celu sprawdzenia wydajności materiałów pod kątem tych połączonych zagrożeń.^[4]

Porównanie barier baterii mikowych, aerożelowych i ceramicznych?

Wyślij Fuqiangowi format komórki, lokalizację bariery, dostępną grubość, wymagania dotyczące kompresji i docelową ochronę termiczną. Nasz zespół inżynierów może dokonać przeglądu opcji materiałów wycinanych i przygotować próbki prototypów do walidacji akumulatorów.

Często zadawane pytania

Czy aerożel jest lepszy od miki do akumulatorów EV?

Nie powszechnie. Aerożel jest szczególnie przydatny w przypadku cienkich barier termicznych między komórkami, natomiast mika może być korzystna tam, gdzie priorytetami są izolacja elektryczna, stabilność strukturalna i ochrona przed wysoką temperaturą.

Jaka jest alternatywa dla arkusza miki do izolacji akumulatora?

W zależności od zastosowania alternatywy mogą obejmować bariery aerożelowe, ceramiwalne kompozyty silikonowe i inne systemy izolacyjne na bazie ceramiki. Zamiennik należy wybrać według funkcji, a nie samej grubości.

Czy bariera termiczna może zatrzymać ucieczkę termiczną akumulatora?

Bariera nie zatrzymuje awarii elektrochemicznej wewnątrz ogniwa inicjującego. Jego rolą jest ograniczenie ciepła i innych dróg propagacji, dzięki czemu sąsiednie komórki są mniej podatne na ucieczkę termiczną.

Jaki jest najlepszy materiał do ochrony przed niekontrolowaną temperaturą między komórkami?

Nie ma uniwersalnego, najlepszego materiału. Skład chemiczny komórki, dostępna szczelina, kompresja, ekspozycja termiczna i architektura opakowania określają odpowiednią barierę.

Czy w tym samym akumulatorze można używać miki i aerożelu?

Tak. Pakiet może wykorzystywać aerożel pomiędzy ogniwami i mikę lub inną izolację wysokotemperaturową w modułach, szynach zbiorczych lub obudowach, gdy wymagania inżynieryjne uzasadniają strategię materiałów hybrydowych.

Perspektywa 15-letniej wiązki przewodów samochodowych i izolacji pojazdów elektrycznych

Po 15 latach pracy nad wiązkami przewodów samochodowych i izolacją elektryczną pojazdów elektrycznych nauczyłem się, że zabezpieczenie przed niekontrolowaną temperaturą powinno być projektowane na podstawie lokalizacji i trybu awarii, a nie reputacji materiału. W najmocniejszych zestawach akumulatorów często stosuje się różne materiały zapewniające odporność termiczną na poziomie ogniwa, izolację elektryczną wysokiego napięcia i ochronę przeciwpożarową na poziomie pakietu.

Autorytatywne referencje

[1] Aspen Aerogels — PyroThin Termiczne bariery ucieczki między komórkami

[2] Aspen Aerogels — badanie propagacji ciepła między komórkami

[3] Saint-Gobain — Ochrona przeciwpożarowa i ochrona przed rozprzestrzenianiem się ciepła akumulatorów pojazdów elektrycznych

[4] Rozwiązania UL — ocena niestabilności termicznej obudowy akumulatora