Onde as barreiras térmicas devem ser colocadas dentro de uma bateria EV?

Usar um isolamento excelente no local errado ainda pode permitir que o calor, a chama ou os gases de ventilação contornem a barreira e se propaguem através da bateria.

O isolamento da bateria deve ser colocado de acordo com o caminho de propagação esperado. As barreiras célula a célula têm como alvo a célula vizinha mais próxima, as barreiras módulo a módulo criam um segundo nível de separação, enquanto os materiais no nível da embalagem protegem tampas, invólucros e zonas elétricas sensíveis.

Uma estratégia robusta de prevenção da propagação térmica utiliza, portanto, a localização do material com tanto cuidado quanto o desempenho do material. O objetivo não é encher a bateria com isolamento, mas interromper as vias térmicas e elétricas mais importantes.

Onde as barreiras célula a célula devem ser instaladas?

Se as células adjacentes tiverem um caminho térmico direto, uma célula com falha pode transferir rapidamente energia para a sua vizinha.

Coloque barreiras célula a célula nas interfaces onde as células vizinhas podem trocar o calor mais prejudicial. Para arquiteturas prismáticas e de bolsas, a barreira também pode precisar acomodar o inchaço e a compressão das células durante toda a vida útil da bateria.

A Aspen Aerogels descreve seus produtos PyroThin especificamente como barreiras térmicas célula a célula para baterias tipo bolsa e prismáticas, combinando proteção térmica com comportamento mecânico sob compressão da bateria.^[1]

Para onde devem ir as barreiras módulo a módulo?

Interromper a condução direta célula a célula não garante que um evento térmico não possa atingir outro módulo através de peças estruturais, gases de ventilação ou chamas.

Use a separação em nível de módulo para interromper o próximo caminho de propagação. A geometria da barreira deve considerar as paredes dos módulos, lacunas, interfaces estruturais e provável direção de ventilação, em vez de simplesmente colocar uma folha entre dois alojamentos de módulos.

A Saint-Gobain identifica almofadas de fuga térmica para amortecimento de células e locais entre módulos, ilustrando como a estratégia de barreira pode se estender além das células individuais.^[2]

A tampa da bateria precisa de isolamento térmico?

Uma estratégia de barreira focada apenas entre células pode deixar a cobertura da embalagem exposta a jatos de chamas, gases quentes e partículas ejetadas.

Avalie a tampa da embalagem e o invólucro como zonas separadas de proteção contra fuga térmica. A UL Solutions observa que a fuga térmica da bateria pode produzir chamas semelhantes a jatos, pressão e partículas capazes de corroer o material do invólucro protetor.^[3]

É por isso que o isolamento célula a célula e a proteção do invólucro não devem ser tratados como intercambiáveis. A exposição térmica e mecânica pode ser muito diferente.

Como os engenheiros devem decidir a colocação da barreira?

Adicionar isolamento em todos os lugares pode aumentar o peso, o custo e a compressão sem controlar o mecanismo de propagação dominante.

Mapeie o evento térmico antes de definir as peças cortadas. Identifique a célula inicial, as células vizinhas, a direção da ventilação, os limites do módulo, os barramentos, as estruturas de resfriamento, a tampa do pacote e possíveis caminhos de chama ou gás.

A espessura e o material da barreira podem então ser otimizados para cada local, em vez de forçar uma folha de isolamento para executar todas as funções.

Precisa de ajuda para transformar um layout de bateria em peças de isolamento recortadas?

Envie à Fuqiang seu arranjo de células, desenho do módulo, lacunas disponíveis, direção de ventilação e requisitos de isolamento. Nossa equipe de engenharia pode revisar as localizações das barreiras célula a célula, em nível de módulo e em nível de embalagem e preparar amostras para validação.

Perguntas frequentes

Onde deve ficar o isolamento entre as células da bateria?

Deve ser posicionado nas interfaces das células onde possa reduzir a transferência de calor para as células adjacentes, ao mesmo tempo que acomoda a compressão e o movimento da célula necessários.

O que é uma barreira térmica célula a célula?

É um material colocado entre células vizinhas para reduzir a transferência de calor e ajudar a evitar que um evento térmico em uma célula desencadeie a próxima.

O que é uma barreira módulo a módulo?

É uma proteção térmica ou contra fogo posicionada entre os módulos de bateria para ajudar a limitar a propagação além do módulo afetado.

O isolamento da bateria EV deve cobrir todo o conjunto?

Não necessariamente. A localização da barreira deve seguir riscos térmicos, de chama, elétricos e de ventilação. Adicionar material onde ele oferece pouca proteção pode aumentar desnecessariamente a massa e o custo.

O isolamento célula a célula é suficiente para impedir a propagação térmica?

Nem sempre. O projeto do pacote também deve considerar gases de ventilação, chamas, condução estrutural, limites do módulo e proteção do invólucro.

Uma perspectiva de 15 anos de chicotes de fios automotivos e baterias EV

Depois de 15 anos trabalhando com sistemas elétricos automotivos, abordo o isolamento da bateria como se fosse uma proteção de chicote: coloco a proteção onde a energia de falha realmente viaja. O posicionamento correto pode ser tão importante quanto a condutividade térmica ou a capacidade de temperatura impressa na folha de dados do material.

Referências autorizadas

[1] Aspen Aerogels — Barreiras térmicas célula a célula para baterias EV

[2] Saint-Gobain — Almofadas térmicas de células e módulos da série TRP

[3] Soluções UL — Avaliação de fuga térmica do gabinete da bateria