Cât de gros ar trebui să existe izolația cu aerogel între celulele bateriei EV?

Dacă bariera cu aerogel este prea subțire, căldura de la o celulă defectă poate ajunge prea repede la vecinul ei; dacă este inutil de gros, pachetul pierde un volum valoros al celulei, adaugă costuri și poate modifica compresia celulară.

Nu există o grosime universală a aerogelului pentru bateriile EV – valoarea corectă trebuie selectată din chimia celulei, energia termică de evaporare, intervalul disponibil, compresia, temperatura admisibilă a părții protejate și rezultatele validării modulelor. Pentru celulele prismatice și pungi, barierele proiectate au adesea doar câțiva milimetri grosime, dar valoarea finală trebuie dovedită în arhitectura actuală a bateriei.

Există o grosime standard de aerogel pentru celulele bateriei EV?

Folosirea unei reguli fixe, cum ar fi „Aergelul de 2 mm este suficient pentru fiecare baterie” poate subproteja celulele cu energie ridicată sau poate pierde spațiu într-un modul cu risc scăzut.

Soluția corectă este de a defini grosimea din rezistența termică necesară în condiția reală de comprimare. Formatul celulei, chimia, energia stocată, distanțarea, direcția de aerisire, forța de compresie, construcția barierei și temperatura permisă pe celula vecină influențează toate rezultatul.

Aspen Aerogels afirmă că barierele sale de celule auto sunt proiectate pentru ținte specifice, inclusiv conductivitatea termică, grosimea și răspunsul la compresie , întărind faptul că grosimea barierei este un parametru de proiectare dependent de aplicație, mai degrabă decât un număr universal.^[1]

Poate fi suficientă o barieră cu aerogel de 2-3 mm?

Citarea unui rezultat de test de 2-3 mm de succes fără a lua în considerare dimensiunea celulei, compresia, căile de căldură și ventilația poate crea o încredere falsă într-un pachet de baterii complet diferit.

Câțiva milimetri pot fi viabile din punct de vedere tehnic în unele modele prismatice sau cu celule de pungă, dar numai atunci când testul complet al modulului confirmă întârzierea necesară de propagare. Grosimea nu poate fi separată de formularea materialului și starea de compresie.

Aspen a publicat un exemplu de mini-modul folosind o barieră PyroThin de 2,35 mm comprimată la aproximativ 50% deformare între două celule prismatice de 62 Ah. În acel test specific, celula vecină nu a intrat în fugă termică, dar Aspen observă, de asemenea, că mini-modulul a izolat unele căi secundare de căldură găsite într-un pachet real.^[2]

Acel rezultat de 2,35 mm este, prin urmare, un exemplu de inginerie util, nu o specificație universală EV.

Cum modifică compresia grosimea necesară?

O barieră selectată numai după grosimea sa necomprimată poate funcționa foarte diferit odată ce celulele se umflă și modulul comprimă materialul pe toată durata de viață a vehiculului.

Soluția constă în evaluarea atât a grosimii comprimate la începutul duratei de viață, cât și la sfârșitul duratei de viață, precum și a performanței termice. Celulele prismatice și pungi își pot schimba dimensiunea în timpul ciclării, astfel încât bariera poate acționa și ca un tampon de compresie, menținând în același timp rezistența termică.

Aspen identifică în mod specific performanța mecanică, oboseala prin compresie și conductivitatea termică sub compresie ca factori critici de proiectare pentru barierele de la celulă la celulă.^[3]

Ce factori determină grosimea aerogelului?

Selectarea grosimii doar din conductibilitatea termică ignoră alte căi de căldură și constrângeri mecanice care pot domina propagarea termică reală.

Inginerii ar trebui să evalueze interfața completă celulă la celulă înainte de a îngheța grosimea barierei. Cele mai importante intrări sunt prezentate mai jos.

De ce să nu folosiți pur și simplu o barieră cu aerogel mai groasă?

Supradimensionarea fiecărei bariere celulare poate reduce densitatea energiei pachetului, crește dimensiunile și costul modulului și poate interfera cu sistemul de comprimare a celulei dorit.

Soluția corectă este utilizarea construcției minime validate care să îndeplinească cerințele de propagare termică și mecanice cu o marjă de proiectare adecvată. În pachetele EV de volum mare, chiar și o fracțiune suplimentară de milimetru repetată pe zeci sau sute de interfețe celulare poate afecta semnificativ dimensiunile pachetului.

Acesta este unul dintre motivele pentru care aerogelul este atractiv pentru barierele celulă la celulă: producătorii pot crea o rezistență termică foarte mare în structuri relativ subțiri și ușoare.^[4]

Chimia celulară modifică grosimea necesară a aerogelului?

Folosirea aceluiași design de barieră pentru LFP, NMC și alte chimie celulare poate trece cu vederea diferențe majore în comportamentul termic, energia celulară, ventilația și arhitectura pachetului.

Bariera ar trebui să fie adaptată la chimia reală a celulei și la comportamentul celulei declanșatoare. Aspen observă că barierele sale celulare sunt proiectate pentru mai multe substanțe chimice, inclusiv LFP, NMC și sisteme emergente în stare solidă, cu profile de grosime și rigiditate optimizate pentru aplicații specifice.^[5]

Chimia este importantă, dar nu este singurul parametru. Capacitatea celulei, geometria, starea de încărcare, distanțarea, compresia, răcirea și structurile învecinate pot schimba material comportamentul de propagare.

Ar trebui să fie selectată grosimea aerogelului înainte de testarea modulului?

Înghețarea grosimii de producție numai dintr-o fișă de date a materialului poate duce la o reproiectare costisitoare dacă testele la nivel de modul dezvăluie căi de căldură conductoare, radiative sau de gaz de ventilație care nu au fost reprezentate de testul cupon.

Utilizați calculele materialelor și testarea la nivel de celule pentru a defini o grosime de pornire, apoi validați construcția completă la nivelul modulului sau al pachetului înainte de lansarea în serie. O baterie reală conține urechi, bare colectoare, plăci de răcire, structuri de compresie, goluri, elemente de fixare, izolație și căi de aerisire care pot ocoli bariera primară față de celulă.

Aspen afirmă în mod similar că modulele și pachetele de baterii sunt sisteme complexe și că nu există un test unic pentru performanța barierei celulare până la sfârșitul duratei de viață.^[3]

Cum afectează grosimea aerogelului barele colectoare și cablajul bateriei?

Creșterea grosimii barierei de celule fără a verifica ambalajul electric din jur poate modifica dimensiunile stivei de module și poate pune o presiune suplimentară asupra barelor colectoare, a cablurilor de detectare, a conectorilor sau a traseului cablajului de înaltă tensiune.

Soluția corectă este revizuirea grosimii aerogelului împreună cu sistemul de interconectare electrică. Modificările în distanța dintre celule pot modifica geometria barelor colectoare, lungimea cablului de detectare BMS, poziția conectorului, spațiul liber de izolație și rutarea cablurilor de înaltă tensiune în jurul modulului.

Din acest motiv, o schimbare a barierei termice nu trebuie tratată ca o substituție izolată a materialului. Distanța dintre celule, compresia, izolația cu mica, barele colectoare, plăcuțele de silicon, cablarea BMS și interfețele cablajului HV trebuie verificate împreună înainte ca sculele să fie înghețate.

Trebuie să definiți o barieră celulară cu aerogel?

Pentru o analiză de inginerie, pregătiți chimia celulei, capacitatea, dimensiunile celulei, spațiul disponibil, cerința de compresie, intervalul de grosime țintă, direcția de ventilație, cerințele de propagare termică, modulul CAD și bara colectoare înconjurătoare sau configurația cablajului.

O evaluare a eșantionului ar trebui să confirme atât performanța termică, cât și comportamentul mecanic la comprimare înainte ca grosimea finală de producție să fie eliberată.

FAQ

Care este grosimea tipică a aerogelului între celulele bateriei EV?

Nu există o grosime universală. Barierele celulare proiectate pot avea o grosime de numai câțiva milimetri, dar valoarea finală depinde de material, de designul celulei, de compresie și de performanța necesară de propagare termică.

Este suficient aergel de 2 mm între celulele bateriei?

Poate fi suficient în unele modele și inadecvat în altele. Grosimea trebuie validată folosind chimia celulară reală, energia, compresia, căile termice și arhitectura modulului.

Comprimarea aerogelului reduce protecția termică a acestuia?

Depinde de construcția aerogelului. Barierele de celule auto ar trebui să fie caracterizate în starea lor reală de compresie, deoarece deformarea mecanică modifică grosimea și poate influența comportamentul termic.

Aerogelul mai gros este întotdeauna mai sigur?

Nu. Grosimea mai mare poate îmbunătăți rezistența termică, dar poate reduce densitatea energiei pachetului, poate modifica compresia celulei, poate crește costul și poate afecta geometria barei colectoare sau a cablurilor.

Ar trebui testat aerogelul la nivel de celule sau modul?

Ambele pot fi utile. Testele la nivel de celule ajută la ecranarea performanței barierei, dar validarea la nivel de modul și pachet este importantă, deoarece există căi suplimentare de transfer de căldură și de evacuare a gazului în sistemul complet de baterii.

15 ani de perspectivă a bateriei și cablajului auto

Pe baza a 15 ani de experiență în componente auto și cablaj, nu aș specifica niciodată o barieră cu aerogel doar ca „2 mm” sau „3 mm” înainte de a înțelege stiva de baterii.

Grosimea corectă este construcția minimă validată care controlează transferul de căldură de la celulă la celulă, respectând în același timp cerințele de compresie, ambalare, bare colectoare, cabluri de detectare și rutare de înaltă tensiune. Într-un pachet de baterii EV, materialele termice și interconexiunile electrice trebuie proiectate împreună.

Referințe autorizate

[1] Aerogeluri Aspen — Bariere termice de la celulă la celulă PyroThin Aerogel

[2] Aspen Aerogels — Testare cu minimodule de propagare termică de la celulă la celulă

[3] Aerogeluri Aspen — Proiectare, compresie și validare a barierei termice

[4] Aerogeluri Aspen - Propagare termică și bariere de la celulă la celulă

[5] Aspen Aerogels — Aplicații de barieră termică pentru baterii EV