Ce sunt plăcuțele de izolare cu aerogel pentru baterii EV? Ghid pentru bariera termică

Dacă celulele bateriei EV sunt împachetate strâns fără bariera termică potrivită, o celulă supraîncălzită poate transfera căldură celulelor învecinate, poate declanșa propagarea termică, poate deteriora acumulatorul și poate crea un risc serios de siguranță la incendiu.

Cea mai eficientă soluție este plasarea plăcuțelor izolatoare cu aerogel pentru bateriile EV între celule, module, zone de bare colectoare sau puncte fierbinți la nivelul pachetului pentru a încetini transferul de căldură, pentru a absorbi stresul de compresie și pentru a ajuta la controlul propagării termice.

Tampoanele izolatoare cu aerogel pentru baterii EV sunt materiale ultra-ușoare de barieră termică utilizate în interiorul pachetelor de baterii litiu-ion. Ele sunt deosebit de valoroase în pachetele EV de înaltă densitate, unde fiecare milimetru afectează densitatea energiei, siguranța și fiabilitatea asamblarii.

Sursa imagine: Resursă de inginerie a barierei termice Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

Ce este un tampon izolator cu aerogel pentru baterie EV?

Dacă termenul „tampă de aerogel” este tratat ca o izolație obișnuită cu spumă sau burete, acumulatorul poate pierde protecția critică împotriva transferului de căldură, schimbării compresiei și propagarea evaporării termice.

Răspunsul corect este că un tampon izolator cu aerogel pentru baterie EV este o barieră termică subțire, ușoară, realizată din material pe bază de aerogel și concepută pentru protecția celulelor, modulelor sau pachetului cu litiu-ion.

Aspen Aerogels descrie PyroThin ca fiind o izolație ultrasubțire, ușoară și o barieră de incendiu concepută pentru a atenua evadarea termică la niveluri de celulă la celulă, modul și bariera de pachet.^[1] În designul practic al bateriei, aceste plăcuțe stau acolo unde căldura trebuie întârziată, blocată sau redirecționată.

De ce sunt folosite tampoanele cu aerogel în bateriile EV?

Dacă un pachet de baterii de înaltă energie se bazează doar pe răcirea cu lichid și pe monitorizarea BMS, poate detecta o defecțiune, dar totuși nu reușește să încetinească fizic transferul de căldură odată ce o celulă intră în fugă termică.

Soluția mai bună este să combinați managementul termic activ cu plăcuțe de izolație pasive cu aerogel, astfel încât pachetul să aibă atât controlul de monitorizare, cât și rezistența fizică la propagare.

Evacuarea termică nu este doar o problemă de temperatură; este o problemă de reacție în lanț. Un tampon de aerogel bun oferă pachetului de baterii mai mult timp prin reducerea conducției căldurii de la celula de inițiere la celulele din apropiere.

Greșit: presupunând că numai placa de răcire poate opri orice eveniment termic. Corect: folosirea de răcire, ventilare, senzori, logica BMS și bariere cu aerogel împreună.

Cum plăcuțele izolatoare cu aerogel opresc transferul de căldură?

Dacă căldura se mișcă prea repede prin stiva de baterii, celulele adiacente pot atinge temperaturi periculoase înainte ca BMS, placa de răcire sau calea de ventilație să poată controla evenimentul.

Soluția directă este utilizarea structurii nano-poroase a aerogelului pentru a restricționa mișcarea gazului și pentru a reduce transferul de căldură conductiv prin stratul de izolație.

NASA explică că aerogelurile sunt extrem de poroase, de densitate foarte scăzută și foarte eficiente în prevenirea transferului de căldură, deoarece porii lor sunt în intervalul nanometric.^[2] Acest lucru face ca aerogelul să fie valoros acolo unde izolația subțire trebuie să funcționeze mai bine decât spuma polimerică obișnuită.

Sursa imaginii: cercetarea materialului de izolare cu aerogel de la NASA.^[2]

Ce înseamnă „Seria” în plăcuțele izolatoare din seria de baterii EV-Aerogel?

Dacă „serie” este înțeleasă greșit ca o componentă electrică specială, placa greșită poate fi selectată pentru locul greșit din interiorul acumulatorului.

Interpretarea corectă este aceea că „tampoane de izolație cu aerogel în serie de baterii EV” se referă de obicei la plăcuțe de aerogel utilizate într-o celulă de baterie conectată în serie sau la un aranjament de modul, nu un tampon care conduce curentul în serie.

Pachetele EV conțin celule conectate în serie și paralel pentru a atinge tensiunea și capacitatea țintă. Tampoanele de aerogel sunt în mod normal piese termice și mecanice care nu transportă curent, plasate în apropierea traseului seriei celulei, a stivei de module sau a structurii de barieră a pachetului.

Prin ce sunt diferite tampoanele cu aerogel de mica, spuma sau fibra ceramica?

Dacă un tampon de baterie EV este selectat numai după preț sau grosime, pachetul poate pierde echilibrul între blocarea căldurii, recuperarea compresiei, rezistența dielectrică, greutatea și toleranța de asamblare.

Cea mai bună soluție este să comparați aerogelul, mica, spuma și fibra ceramică în funcție de modul real de defecțiune: evaporare termică, umflare a celulei, vibrații, izolație electrică, expunere la flacără sau cost țintă.

Aerogelul este de obicei ales atunci când pachetul are nevoie de izolație puternică într-o formă subțire și ușoară. Mica este puternică pentru performanța dielectrică și de barieră la flacără, spuma este utilă pentru absorbția la compresie și toleranță, iar fibra ceramică este folosită acolo unde rezistența extremă la căldură contează.

Unde sunt instalate plăcuțele de aerogel într-un modul de baterie EV?

Dacă tampoanele de aerogel sunt plasate aleatoriu, fără a lua în considerare fluxul de căldură, direcția de aerisire, sarcina de compresie și rutarea cablajului, pachetul poate suferi în continuare propagare termică sau interferențe mecanice.

Soluția corectă este plasarea plăcuțelor de aerogel în funcție de calea de propagare termică, chimia celulei, presiunea stivei modulelor, locația plăcii de răcire și spațiul liber al cablajului de înaltă tensiune.

Pentru celulele pungi și prismatice, tampoanele sunt de obicei plasate între fețele celulelor mari. Pentru celulele cilindrice, aerogelul poate fi utilizat ca foi, manșoane, bariere pentru module sau straturi de izolare la nivel de pachet, în funcție de arhitectură.

Pentru proiecte OEM sau pachet de baterii, trimiteți formatul celulei, chimia, presiunea stivei, desenul modulului, calea de ventilație și cerințele de testare termică înainte de selectarea finală a tamponului. O tăietură mică de probă poate dezvălui riscul de potrivire, compresie și asamblare înainte de prelucrare.

Cum funcționează plăcuțele de aerogel cu sistemele de cablaj de sârmă auto?

Dacă cablajul de înaltă tensiune, cablajul de detectare sau izolația barei colectoare sunt direcționate prea aproape de o cale de propagare termică, izolația se poate degrada, bornele se pot slăbi și semnalele de diagnosticare pot eșua în timpul unui eveniment de defecțiune.

Soluția mai bună este proiectarea plăcuțelor de izolare cu aerogel împreună cu cablarea HV, liniile de detectare a tensiunii, senzorii de temperatură, capacele de bare colectoare și strategia de etanșare a pachetului.

Siguranța bateriei nu este doar chimia celulară. Este un design complet de sistem care implică bariere de celule, direcționare cablaj de înaltă tensiune, canale de aerisire, plasarea senzorilor, împământare, ecranare și protecție a conectorilor.

Ce date de performanță ar trebui să verifice cumpărătorii?

Dacă un furnizor oferă doar grosimea și prețul, cumpărătorul nu poate judeca dacă tamponul va supraviețui compresiunii, expunerii la căldură, flăcării, umidității, vibrațiilor sau stresului de asamblare a pachetului.

Soluția corectă este să solicitați o fișă tehnică, date de conductivitate termică, curba de compresie, rezultatul testului dielectric, informații despre rezistența la flacără, intervalul de temperatură de funcționare și datele de îmbătrânire.

Aspen Aerogels observă că platforma sa de aerogel poate fi optimizată pentru conductivitate termică, grosime și răspuns la compresie.^[1] Aceștia sunt exact parametrii pe care inginerii de baterii ar trebui să-i examineze înainte de a alege un pad.

Ce standarde sunt legate de tampoanele de aerogel pentru baterii EV?

Dacă tampoanele de aerogel sunt selectate fără a le lega la validarea siguranței bateriei, materialul poate arăta excelent izolat, dar nu poate accepta certificarea la nivel de pachet sau testarea abuzului.

Soluția corectă este să conectați selecția plăcuțelor cu testele de siguranță ale bateriei EV, cum ar fi cerințele termice, mecanice, electrice, de mediu și de testare abuzivă.

SwRI explică că testarea UL 2580 evaluează siguranța bateriei EV prin teste electrice, mecanice, termice, de mediu și legate de siguranță.^[3] SAE J2464 descrie teste de abuz care pot fi utilizate pentru sistemele de stocare a energiei reîncărcabile electrice și hibride pentru vehicule electrice.^[4]

Greșit: întreabă dacă un tampon de aerogel singur „trece UL 2580”. Corect: testarea ansamblului complet al bateriei, deoarece geometria pachetului, chimia celulei, ventilația, cablarea și plasarea barierei afectează toate rezultatul final.

Cum ar trebui să alegeți un tampon de aerogel pentru un proiect de baterie EV?

Dacă suportul este selectat după ce structura pachetului este deja înghețată, inginerul poate fi forțat să aibă o grosime slabă, o compresie proastă, ventilație blocată sau spațiu nesigur pentru cablaj.

Cea mai bună soluție este să implicați furnizorul de tampon de aerogel și furnizorul cablajului de cabluri mai devreme în timpul amenajării modulelor, direcționării de înaltă tensiune și simulării propagării termice.

Un bun proces de selecție începe cu formatul celulei, chimia, densitatea energiei, grosimea pachetului țintă, forța de compresie, poziția plăcii de răcire, direcția de aerisire și ținta testului de siguranță. Pad-ul trebuie validat în stiva de module reale, nu numai pe o probă de laborator plată.

Pentru o evaluare rapidă, trimiteți dimensiunea celulei, desenul modulului, grosimea țintei, domeniul de compresie, evenimentul de temperatură maximă și volumul anual. Un mic eșantion de aerogel tăiat cu matriță poate ajuta la confirmarea montajului înainte de sculele de producție în masă.

FAQ

Ce sunt plăcuțele izolatoare cu aerogel pentru baterii EV?

Sunt plăcuțe subțiri de barieră termică pe bază de aerogel, utilizate în interiorul pachetelor de baterii EV pentru a reduce transferul de căldură, propagarea termică lentă și pentru a sprijini proiectarea de siguranță a bateriei.

De ce este folosit aerogel în bateriile EV?

Aerogelul este folosit deoarece oferă o izolare termică puternică într-o formă ușoară și subțire. Acest lucru îi ajută pe inginerii bateriilor să protejeze celulele fără a pierde prea mult spațiu în pachet.

Tampoanele cu aerogel opresc evadarea termică?

Tampoanele cu aerogel nu împiedică fiecare celulă să se defecteze. Scopul lor este de a încetini sau de a ajuta la oprirea propagării căldurii de la o celulă defectă la celulele din apropiere, în funcție de designul pachetului complet.

Unde sunt plasate tampoanele de aerogel într-un pachet de baterii?

Acestea pot fi plasate între celule, între module, lângă bare colectoare, sub capacele pachetului, lângă căile de ventilație sau în zonele de barieră la nivelul pachetului.

Sunt tampoanele de aerogel izolatoare electric?

Multe plăci de baterie cu aerogel sunt proiectate cu performanțe de izolare electrică, dar rezistența dielectrică exactă depinde de structura produsului și de metoda de testare. Verificați întotdeauna fișa tehnică a furnizorului.

Tampoanele cu aerogel sunt mai bune decât foile de mica?

Ei rezolvă diferite probleme. Aerogelul este puternic pentru izolarea termică subțire, în timp ce mica este puternică pentru performanța dielectrică și a barierei de flacără. Multe pachete EV pot folosi ambele materiale în straturi diferite.

Tampoanele de aerogel pot înlocui plăcuțele de compresie?

Uneori pot suporta atât funcțiile termice, cât și cele de compresie, dar nu întotdeauna. Umflarea celulelor, presiunea stivei și comportamentul de compresie pe termen lung trebuie validate.

Nota expertului

Tampoanele izolatoare cu aerogel pentru baterii EV nu sunt doar foi moi plasate între celule. Sunt bariere termice critice pentru siguranță, care trebuie să funcționeze cu chimia celulelor, aerisirea, compresia, răcirea, barele colectoare, senzorii, conectorii și rutarea cablajului de înaltă tensiune.

După 15 ani de lucru cu cablaje auto, ansambluri de cabluri pentru baterii EV, interconexiuni de înaltă tensiune și sisteme de alimentare personalizate pentru vehicule, regula mea de domeniu este simplă: siguranța bateriei nu este creată niciodată de un singur material; este creat prin modul în care fiecare material, fir, conector și cale de căldură funcționează împreună. Dacă proiectul dvs. de baterie EV are nevoie de plăcuțe de izolare cu aerogel, protecție pentru cablaj HV, izolație de bare colectoare sau revizuire a barierei termice în faza eșantionului, trimiteți structura celulei, clasa de tensiune, calea de rutare și ținta de validare înainte de producție. Un eșantion mic și o analiză de inginerie timpurie pot preveni o defecțiune mult mai mare la nivel de pachet mai târziu.

Referințe

1. Aspen Aerogels, „Barieră termică de fuga PyroThin pentru vehicule electrice”. Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, „Aerogeluri: mai subțiri, mai ușoare, mai puternice.” Cercetarea aerogelului NASA

3. Southwest Research Institute, „Testarea bateriei standard UL 2580”. Testarea bateriei SwRI UL 2580

4. SAE International, 'SAE J2464 Sistemul de stocare a energiei reîncărcabil pentru vehicule electrice și hibride pentru siguranța și testarea abuzului.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, „Atenuarea fugă termică pentru vehicule electrice”. Bariere termice pentru baterii Aspen Aerogels

6. Spinoff NASA, „Aerogelurile izolează misiunile și produsele de consum”. Aplicații NASA Spinoff Aerogel