Aerogel vs Mica: o que é melhor para proteção térmica de baterias EV?

A escolha da barreira térmica errada pode permitir que o calor de uma célula de íons de lítio com defeito alcance células adjacentes mais rapidamente, aumentando o risco de propagação térmica descontrolada entre células.

O aerogel é geralmente melhor quando a prioridade do projeto é o isolamento térmico máximo em uma camada fina e leve, enquanto a mica é mais forte quando o isolamento elétrico, a estabilidade estrutural e o desempenho da barreira em altas temperaturas são as prioridades. Em muitas baterias de veículos elétricos, a melhor solução não é escolher um material universalmente, mas usar cada um onde suas propriedades resolvam um risco térmico e elétrico específico.

Qual é a principal diferença entre aerogel e mica?

Tratar o aerogel e a mica como materiais de isolamento intercambiáveis ​​pode resultar em espessura, peso, custo desnecessários ou proteção inadequada em locais críticos dentro da bateria.

Selecione aerogel principalmente para isolamento térmico e mica principalmente para aplicações robustas de barreira termoelétrica. A estrutura altamente porosa do aerogel suprime a transferência de calor de forma extremamente eficaz, enquanto a mica proporciona excelentes propriedades dielétricas e permanece dimensionalmente estável sob temperaturas severas.

A distinção torna-se especialmente importante durante a fuga térmica. A UL Solutions observa que os eventos térmicos da bateria EV podem envolver temperaturas extremamente altas, chamas, pressão e partículas ejetadas, o que significa que a seleção do material deve considerar mais do que um único valor de condutividade térmica.^[1]

O aerogel é melhor para proteção contra fuga térmica célula a célula?

Sem isolamento suficiente entre células compactadas, o calor liberado por uma célula em falha pode ser rapidamente transferido para células vizinhas e contribuir para a propagação através do módulo.

Barreiras à base de aerogel são particularmente atraentes onde os engenheiros precisam de forte resistência térmica com espessura e peso mínimos. A sua estrutura porosa restringe a condução de calor sólido e gasoso, permitindo barreiras relativamente finas para retardar a transferência de calor entre superfícies vizinhas.

Isso torna o aerogel especialmente relevante para barreiras célula a célula em módulos de alta densidade energética , onde cada milímetro de espaço de embalagem é importante.

Quando a mica é melhor que o aerogel?

O isolamento térmico por si só pode não ser suficiente em torno de barramentos, conexões de alta tensão, tampas de módulos e outros locais onde o isolamento elétrico e a estabilidade mecânica são igualmente importantes.

A mica costuma ser a escolha mais forte quando o componente deve fornecer uma barreira contra altas temperaturas e um isolamento dielétrico confiável. Ele pode ser processado em folhas e peças personalizadas para módulos, barramentos, gabinetes e estruturas de isolamento de alta tensão.

Isso torna a mica particularmente útil perto de barramentos de alta tensão, conectores, interfaces elétricas, limites de módulos e áreas de proteção em nível de pacote.

Aerogel vs Mica: Qual material tem melhor desempenho?

A seleção de materiais a partir de uma única especificação, como temperatura máxima, pode ocultar diferenças importantes na condutividade térmica, comportamento de compressão, desempenho dielétrico, espessura e durabilidade mecânica.

Compare os materiais de acordo com sua função real dentro da bateria, em vez de procurar um vencedor universal. Um separador de células tem requisitos muito diferentes de uma barreira de barramento de alta tensão ou de um componente de isolamento do gabinete.

Aerogel e Mica podem ser usados ​​juntos?

Forçar um material de isolamento a executar todas as funções térmicas, elétricas e mecânicas pode criar uma bateria ineficiente e aumentar o custo do material sem melhorar a segurança.

Uma arquitetura de isolamento híbrida pode usar aerogel próximo às células e mica em torno de áreas elétricas ou mecanicamente exigentes. Isso permite que os engenheiros usem aerogel onde a resistência térmica por unidade de espessura é mais importante e mica onde o desempenho da barreira dielétrica e estrutural se torna crítico.

Por exemplo, um módulo de bateria pode usar um composto de aerogel entre as células enquanto usa componentes de mica cortados em torno de barramentos, conexões de alta tensão, tampas de módulo ou interfaces de gabinete.

Como os engenheiros devem escolher entre aerogel e mica?

A escolha de uma barreira térmica antes de compreender a química da célula, o comportamento de propagação, o intervalo disponível, a carga de compressão, a tensão e os componentes circundantes pode levar a um redesenho caro após o teste do módulo.

Defina primeiro o cenário de falha e, em seguida, selecione o material e a espessura de acordo com o desempenho térmico, elétrico e mecânico necessário. As peças do protótipo devem, em última análise, ser validadas nos níveis relevantes de célula, módulo e pacote.

A UL Solutions realiza testes de propagação térmica de baterias EV desde a célula até o nível do pacote e avalia a eficácia de barreiras antipropagação e materiais isolantes.^[2] SAE J2464 também aborda testes de abuso de baterias de veículos elétricos e híbridos sob condições além de sua faixa normal de operação.^[3]

Precisa de peças personalizadas de aerogel ou mica para um projeto de bateria EV?

Fuqiang pode suportar componentes de isolamento de bateria personalizados de acordo com sua célula, módulo, pacote, barramento, conector e layout de fiação de alta tensão. Envie-nos seu desenho, espessura necessária, temperatura operacional, tensão e local de instalação para seleção de material ou avaliação de amostra.

Perguntas frequentes

O aerogel é melhor do que a mica para baterias EV?

Não universalmente. O aerogel é geralmente mais forte para isolamento térmico de alta eficiência, enquanto a mica é particularmente valiosa quando o isolamento elétrico e o desempenho da barreira térmica estrutural também são necessários.

Onde o aerogel é usado em uma bateria EV?

Os compósitos de aerogel são comumente considerados para locais com barreira térmica apertada, como entre células de bateria ou ao redor de módulos , onde a limitação da transferência de calor é crítica.

Onde a mica é usada nas baterias EV?

Os componentes Mica podem ser usados ​​em torno de módulos, barramentos, conexões de alta tensão, tampas de baterias e interfaces de gabinete que exigem isolamento térmico e elétrico.

A mica pode impedir a fuga térmica da bateria?

A mica não impede a fuga térmica eletroquímica que ocorre dentro de uma célula com falha. Pode fazer parte de um sistema de barreira projetado para retardar a propagação do calor e da chama para os componentes circundantes.

O aerogel pode impedir completamente a propagação térmica descontrolada?

Não se deve presumir que nenhum material impeça completamente a propagação sem validação em nível de sistema. O desempenho da barreira depende da construção do material, espessura, química celular, espaçamento, compressão, fluxo de calor, ventilação e arquitetura do pacote.

Perspectiva de 15 anos de chicotes de fios automotivos

Depois de 15 anos trabalhando com chicotes de fios automotivos e sistemas elétricos de veículos elétricos, vejo o isolamento da bateria como parte da arquitetura completa de alta tensão – e não como uma decisão material isolada. O aerogel pode controlar a transferência de calor em torno das células, enquanto a mica pode fornecer separação térmica e elétrica robusta em torno de barramentos, conectores de alta tensão e interfaces de fiação.

O melhor material, portanto, não é simplesmente aerogel ou mica. É o material, a espessura, a geometria e a localização que correspondem corretamente ao modo real de falha da bateria.

Referências autorizadas

[1] Soluções UL — Avaliação de fuga térmica do gabinete da bateria (BETR)

[2] Soluções UL — Abuso de baterias EV, testes térmicos, de incêndio e de desempenho

[3] SAE International — Teste de abuso de bateria de veículo elétrico J2464