Cum sunt folosite foile de mica la nivelurile de celule, modul și pachet în bateriile EV?

Dacă căldura evaporată termică este lăsată să se miște liber de la o celulă la alta, o defecțiune locală a bateriei poate escalada în propagarea la nivel de modul și în cele din urmă amenință întregul pachet de baterii.

Prin urmare, cea mai eficientă utilizare a mica este diferită la fiecare nivel: bariere subțiri între celule, bariere termice și electrice mai mari în jurul modulelor și izolație rezistentă la foc la capacele pachetelor, pereți, bare colectoare și alte interfețe critice. Mica nu este un material de răcire activ; rolul său principal este de a întârzia transferul de căldură, de a menține separarea dielectrică și de a proteja structurile din jur în timpul evenimentelor anormale de temperatură ridicată.

Cum se utilizează mica la nivel de celule?

Atunci când două celule sunt strâns împachetate, transferul direct de căldură de la suprafață la suprafață poate permite unei celule defectuoase să-și încălzească rapid vecinul și să crească riscul de propagare termică de la celulă la celulă.

Soluția este să instalați foi subțiri de mica, laminate de mica sau bariere proiectate pe baza de mica intre celulele adiacente unde arhitectura bateriei necesita separare termica si dielectrica. Bariera creează rezistență termică suplimentară, menținând în același timp izolarea electrică între suprafețele celulelor conductoare și structurile din jur.

Mica rigidă și laminatele de mică sunt folosite ca bariere între celulele bateriei, deoarece păstrează capacitatea de izolare electrică la temperaturi ridicate și pot ajuta la încetinirea transferului de căldură în timpul unui eveniment termic.^[1]

Mica la nivel de celulă este deosebit de practică cu aranjamentele prismatice și cu celulă în pungă, unde suprafețele mari plane se confruntă una cu cealaltă. Arhitecturile cu celule cilindrice pot folosi în schimb bariere, manșoane, inele, distanțiere sau alte materiale de propagare termică, în funcție de distanța dintre celule și direcția de aerisire.

Mica nu ar trebui să blocheze calea de aerisire a celulei proiectată. O barieră care încetinește propagarea laterală a căldurii, dar redirecționează gazul fierbinte către o altă componentă critică poate crea un mod diferit de defecțiune.

Cum se utilizează mica la nivel de modul?

Chiar și atunci când celulele individuale au bariere termice, un eveniment sever poate încă expune cadrul modulului, barele colectoare, plăcile de capăt, grupurile de celule învecinate și componentele electrice la căldură extremă.

Soluția constă în utilizarea componentelor mai mari din mica ca bariere laterale ale modulelor, izolație a plăcii de capăt, izolație a barelor colectoare, protecție superioară și separare termică între grupurile de celule. La acest nivel, mica nu mai protejează doar o singură interfață celulară; devine parte a arhitecturii de propagare termică și de izolare electrică a modulului.

Componentele Mica sunt utilizate în mod obișnuit pentru izolarea electrică între celule, module și părți conductoare, precum și pentru bariere termice și protecție rezistentă la foc în sistemele de baterii EV.^[2]

Selectarea materialului la nivel de modul ar trebui să ia în considerare și compresia. Unele arhitecturi de baterii au nevoie de presiune controlată asupra pungii sau a celulelor prismatice, ceea ce înseamnă că o foaie de mica rigidă poate fi combinată cu un tampon mai compatibil decât se așteaptă să ofere atât protecția împotriva incendiilor, cât și managementul compresiei în sine.

Cum se utilizează mica la nivel de pachet?

Dacă un eveniment termic iese din modul, gazul fierbinte, flacăra, particulele și căldura radiantă pot ataca capacul bateriei, peretele carcasei, barele colectoare de înaltă tensiune, cablurile, conectorii sau structurile vehiculului din apropiere.

Soluția este să folosiți foi de mica mai mari și componentele modelate în jurul limitelor critice ale pachetului, inclusiv partea inferioară a capacului pachetului, pereții perimetrali, interfețele modul cu modul, regiunile de bare colectoare și componentele electrice de înaltă tensiune. Mica la nivel de pachet oferă o barieră termică și dielectrică finală între zona de defecțiune internă a bateriei și carcasă sau vehicul.

Aplicațiile industriale includ bariere pentru celule și module, izolație în jurul perimetrului interior al pachetului de baterii, protecție a capacului pachetului și izolație flexibilă din mica în jurul componentelor, cum ar fi barele colectoare și cablajul.^[3]

Nivelul pachetului necesită în general o acoperire mai mare a suprafeței decât barierele la nivel de celule, astfel încât greutatea, grosimea, fixarea, rezistența la vibrații, decupările, deschiderile de aerisire și toleranțele de asamblare devin mai importante.

Adăugarea celei mai groase foi de mica peste tot nu este automat cel mai sigur design. Barierele termice trebuie să funcționeze cu ventilarea gazului, reducerea presiunii, plăci de răcire, distanțe electrice, funcționalitate și masa totală a pachetului.

Care este diferența dintre mica la nivel de celule, modul și pachet?

Folosirea aceleiași grosimi și geometrie de mica la fiecare nivel de baterie poate adăuga o masă inutilă, lăsând totuși cele mai importante căi termice insuficient protejate.

Soluția corectă este să selectați mica în funcție de modul de defecțiune în fiecare locație, mai degrabă decât să o tratați ca o singură foaie de izolație universală a bateriei. Barierele celulare acordă prioritate controlului local al propagării, barierele modulelor protejează zonele electrice și structurale mai mari, iar barierele de pachete protejează carcasa și interfața vehiculului.

O logică simplificată de proiectare este:

Nivelul celulei: Opriți mișcarea căldurii direct în celula vecină.
Nivelul modulului: Preveniți un grup de celule să compromită întregul modul.
Nivelul pachetului: Preveniți căldura și flacăra la nivel de modul să atace carcasa și vehiculul din jur.

Cum ar trebui să fie selectată grosimea mica?

O foaie de mica care este prea subtire poate sa nu ofere suficienta intarziere termica, in timp ce o folie inutil de groasa creste greutatea pachetului, costul, inaltimea stivei si dificultatea de asamblare.

Soluția este de a determina grosimea prin teste de propagare termică, cerințele dielectrice, constrângerile mecanice, timpul de expunere și locația barierei. Nu există o singură grosime de mica care să fie corectă pentru fiecare baterie EV.

Construcția necesară depinde de chimia celulei, formatul celulei, energia stocată, distanțare, fluxul de căldură așteptat, direcția gazului de aerisire, temperatura admisă pe partea protejată, gradul de mica, sistemul de liant și dacă materialul este utilizat singur sau ca parte a unei bariere multistrat.

Din acest motiv, selecția materialului ar trebui să se bazeze pe testarea reprezentativă a bateriei, mai degrabă decât pe simpla specificare a „mică de 1 mm” sau „mică de 2 mm” dintr-un catalog generic.

Ar trebui Mica să înlocuiască aerogelul sau spuma de silicon?

Tratarea mica, aerogelului și spumei de silicon ca materiale interschimbabile poate crea performanțe termice slabe, deoarece fiecare material rezolvă o combinație diferită de izolație, compresie, etanșare și probleme de protecție împotriva incendiilor.

Soluția mai bună este adesea un design multistrat în care mica oferă protecție dielectrică la temperatură înaltă și protecție la flacără, în timp ce un alt material oferă conductivitate termică scăzută, conformitate, amortizare sau etanșare. Combinațiile de materiale trebuie selectate în jurul arhitecturii reale a bateriei și a rezultatului testului de abuz.

Mica este deosebit de utilă acolo unde sunt necesare bariere termice structurale și izolație electrică. Materialele pe bază de aerogel pot oferi o conductivitate termică foarte scăzută, în timp ce spumele de silicon pot asigura recuperarea compresiei și acomodarea golurilor.

Nu ar trebui să se aștepte ca un material să îndeplinească fiecare funcție de acumulator.

Ce ar trebui verificat înainte de a proiecta o parte a bateriei Mica?

Comandarea unei foi plate de mica înainte de a confirma geometria bateriei poate avea ca rezultat blocarea orificiilor de aerisire, spațiul de asamblare slab, materialul crăpat, căi termice neacoperite sau interferența cu barele colectoare și structurile de răcire.

Soluția corectă este să proiectați componenta mica din celula, modulul sau pachetul CAD real și scenariul de evaporare termică. Grosimea, decupările, găurile, distanța la margini, cerințele de îndoire, adeziv, metoda de montare, cerințele dielectrice și toleranțele dimensionale admisibile trebuie definite înainte de tăierea prototipului.

Informații tehnice de furnizat:

Trimiteți formatul celulei, locația mica, desenul CAD, intervalul de grosime necesar, dimensiunile maxime, ținta dielectrică, ținta de barieră termică, cerințele de adeziv, cerințele de compresie, temperatura de funcționare și specificația aplicabilă pentru testul de abuz al bateriei.

Cum ar trebui validate barierele termice din mica?

O foaie de mică poate supraviețui unui test de flacără de laborator, dar totuși eșuează în interiorul unei baterii dacă particulele fierbinți ocolesc bariera, îmbinările se deschid în timpul vibrațiilor sau transferurile de căldură prin marginile și elementele de fixare neacoperite.

Soluția este validarea atât a materialului, cât și a arhitecturii bateriei asamblate în condiții reprezentative termice, electrice, mecanice și de mediu. Inflamabilitatea materialului singură nu demonstrează că un design de celulă, modul sau pachet poate controla propagarea termică.

UL Solutions efectuează teste de abuz, incendiu și propagare termică a bateriilor EV și enumeră standardele, inclusiv UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 și UNECE R100 printre cadrele de testare a bateriilor utilizate în mod obișnuit.^[4]

ISO 6469-1 specifică cerințele de siguranță pentru sistemele de stocare a energiei reîncărcabile utilizate în vehiculele rutiere cu propulsie electrică, în timp ce lucrările UNECE privind Regulamentul nr. 100 abordează în mod specific propagarea termică și protecția ocupanților împotriva evenimentelor periculoase ale bateriei.^[5][6]

Aveți nevoie de o foaie de mica personalizată pentru o baterie EV?

Pentru o revizuire a prototipului, pregătiți celula, modulul sau pachetul CAD, locația de instalare a mica, ținta de grosime, cerința dielectrică, ținta de evaporare termică, dimensiunile maxime, decupaje, construcția adezivului, cantitatea de eșantion și cererea anuală.

Definirea nivelului exact de instalare face mult mai ușoară selectarea gradului corect de mica, grosimea, geometria și procesul de fabricație.

FAQ

Pentru ce este folosită mica într-o baterie EV?

Mica este utilizată în principal pentru izolarea electrică la temperaturi înalte, bariere termice, protecție împotriva incendiilor și controlul propagării termice în jurul celulelor, modulelor, barelor colectoare și structurilor pachetului de baterii.

Mica poate fi plasată între celulele bateriei?

Da. Plăcile subțiri de mica sau barierele de mica proiectate pot fi instalate intre celulele adiacente unde designul bateriei necesita izolare dielectrica suplimentara si rezistenta la propagarea termica.

Unde se folosește mica într-un modul de baterie?

Locațiile tipice includ limitele grupului de celule, pereții laterali ai modulului, plăcile de capăt, barele colectoare, protecția superioară și structurile conductoare electric care necesită izolație dielectrică.

Unde se folosește mica într-un pachet de baterii?

Mica poate fi folosită sub capacul pachetului, de-a lungul pereților carcasei, între module, în jurul barelor colectoare și a componentelor de înaltă tensiune și în alte locații care necesită bariere termice sau electrice.

Mica oprește fuga termică?

Niciun material nu poate garanta că evadarea termică nu va avea loc. Mica este folosită ca o barieră pasivă pentru a încetini transferul de căldură, pentru a menține izolația și pentru a ajuta la reducerea sau întârzierea propagării la componentele învecinate.

Mica mai groasă este întotdeauna mai bună pentru bateriile EV?

Nu. Grosimea mai mare poate îmbunătăți capacitatea de barieră în unele modele, dar crește și greutatea, spațiul de ambalare, costul și dificultatea de asamblare. Grosimea trebuie validată pentru arhitectura specifică a bateriei.

Ar trebui să fie testată mica la nivel de celulă, modul sau pachet?

Nivelul final de validare ar trebui să reflecte modul în care este utilizat materialul. Screening-ul la nivel de celule este util, dar testele la nivel de modul și pachet pot fi în continuare necesare deoarece căile de propagare, gazele de aerisire, geometria carcasei și componentele învecinate modifică comportamentul sistemului.

Perspectivă asupra componentelor bateriei auto pe 15 ani

Pe baza a 15 ani de experiență în fabricarea componentelor auto și a cablajelor de sârmă, nu selectez mica numai după temperatură sau grosime. Prima întrebare este întotdeauna unde se află partea: celulă, modul sau pachet.

O barieră celulară trebuie să controleze transferul local de căldură fără a perturba ventilația; o barieră de modul trebuie să protejeze interfețele electrice și structurale; iar o barieră pentru pachet trebuie să protejeze carcasa și vehiculul din jur. Designul fiabil provine din potrivirea gradului de mica, grosimii, formei, metodei de fixare și testului de validare la calea exactă a defecțiunii.

Referințe autorizate

[1] Elmelin — Izolație de mica pentru siguranța bateriilor EV și bariere pentru celule

[2] Elmelin — Componente Mica pentru Izolarea termică și electrică a bateriei

[3] Electrolock — Protecție termică împotriva evadării în bateriile EV: Rolul Micăi

[4] Soluții UL — Testarea abuzului de baterie EV, incendiu și propagare termică

[5] ISO — ISO 6469-1:2019 Vehicule rutiere cu propulsie electrică, Siguranța sistemului de stocare a energiei reîncărcabile

[6] UNECE — Regulamentul ONU nr. 100 Lucrări de propagare termică