Какой тепловой барьер лучше всего подходит для аккумуляторов электромобилей: слюда, аэрогель или керамический композит? 

Выбор термозащитного барьера для аккумулятора электромобиля только по максимальной температуре может сделать аккумулятор уязвимым для распространения от ячейки к ячейке, струй пламени, эрозии частиц или электрических сбоев.

Правильный выбор материала зависит от того, где установлен барьер и какие функции он должен выполнять как при нормальной работе батареи, так и при перегреве. Аэрогель особенно привлекателен благодаря тонкому термическому сопротивлению между ячейками, слюда обеспечивает надежную электрическую и высокотемпературную изоляцию, а керамические композитные материалы могут обеспечить надежную огнезащиту и тепловую защиту в модулях и упаковках.

Таким образом, в сравнении нет универсального победителя аэрогеля и слюды . Прежде чем выбирать материал, инженер по батареям должен сначала определить термическое воздействие, толщину, сжатие, диэлектрические требования и место установки.

Чем отличаются слюдяные, аэрогелевые и керамические композитные барьеры?

Замена одного материала другим только по теплопроводности может решить одну проблему, создавая при этом проблему упаковки, сжатия или электроизоляции.

Сравнивайте материалы по функциям, а не по названию материала. Аэрогель может обеспечить высокое термическое сопротивление в тонком межклеточном пространстве; слюда широко подходит для электроизоляции и огнестойких барьеров; Композиты на основе керамики становятся привлекательными там, где важны суровые термические воздействия и характеристики структурного барьера.

Когда аэрогель между аккумуляторными элементами лучше, чем слюда?

Использование барьера, который проводит слишком много тепла через узкий зазор между ячейками, может позволить вышедшей из строя ячейке достаточно быстро нагреть соседнюю клетку, чтобы способствовать распространению.

Аэргель становится особенно интересным там, где высокое термическое сопротивление должно вписываться в тонкое межклеточное пространство. Коммерческие барьеры из аэрогеля EV также можно спроектировать с учетом характеристик сжатия, чтобы прокладка работала как при нормальном набухании клеток, так и во время аномального теплового воздействия.^[1]

Компания Aspen Aerogels сообщила о примере мини-модуля с использованием двух призматических ячеек емкостью 62 Ач с барьером PyroThin толщиной 2,35 мм при деформации примерно 50%. Соседняя ячейка не вышла из-под контроля в этом конкретном тесте, хотя Аспен прямо отмечает, что установка изолировала некоторые вторичные пути распространения, обнаруженные в полной упаковке.^[2]

Этот результат не следует превращать в универсальное «правило аэрогеля 2,35 мм». Химический состав клеток, энергия, расстояние, механизмы сжатия и распространения различаются в зависимости от конструкции батареи.

Когда слюда и керамические композиты являются лучшим выбором?

Повсеместное использование мягкого сжимающего материала может привести к тому, что шины, границы модулей или крышки корпуса останутся без необходимого электрического или структурного барьера.

Используйте слюду или керамические композитные материалы там, где конструкция требует высокотемпературной электроизоляции, огнестойкости или более структурно стабильного барьера. Слюда может быть особенно полезна для высоковольтных проводов, шин, модульных конструкций и изоляции на уровне упаковки.

Керамируемые силиконовые композиты предлагают другой путь. Saint-Gobain, например, перечисляет керамизируемые силиконовые продукты для межклеточных тепловых прокладок и защиты упаковки, демонстрируя, что система формования керамики может сочетать гибкость во время сборки с защитным барьером при сильном тепловом воздействии.^[3]

Как выбрать термобарьер?

Покупка материала с наиболее высокими температурными характеристиками не доказывает, что аккумуляторная батарея будет противостоять распространению тепла.

Определите фактическую вероятность отказа и проверьте готовую конструкцию. Учитывайте химический состав ячеек, расположение барьера, доступную толщину, сжатие, диэлектрические характеристики, воздействие пламени, воздействие частиц и соседние материалы.

UL Solutions отмечает, что термический выход из-под контроля может включать высокую температуру, давление, струйное пламя и выброшенные частицы, способные разрушить защитные материалы. Тестирование UL 2596 было разработано для проверки характеристик материалов на предмет защиты от этих комбинированных опасностей.^[4]

Сравниваете слюдяные, аэрогелевые и керамические барьеры для батарей?

Отправьте Fuqiang формат ячейки, расположение барьера, доступную толщину, требования к сжатию и цель тепловой защиты. Наша команда инженеров может рассмотреть варианты материалов для высечки и подготовить образцы прототипов для проверки аккумуляторной батареи.

Часто задаваемые вопросы

Лучше ли аэрогель для аккумуляторов электромобилей, чем слюда?

Не повсеместно. Аэрогель особенно полезен для тонких тепловых барьеров между ячейками, тогда как слюда может быть полезна там, где приоритетными являются электрическая изоляция, структурная стабильность и защита от высоких температур.

Какова альтернатива слюдяному листу для изоляции аккумулятора?

В зависимости от применения альтернативы могут включать аэрогелевые барьеры, керамизируемые силиконовые композиты и другие изоляционные системы на керамической основе. Замену следует выбирать по функции, а не только по толщине.

Может ли тепловой барьер остановить разгон батареи?

Барьер не останавливает электрохимический отказ внутри инициирующей ячейки. Его роль заключается в уменьшении тепла и других путей распространения, чтобы соседние клетки с меньшей вероятностью вступали в тепловой неуправляемый режим.

Какой материал является лучшим для защиты от перегрева между ячейками?

Не существует универсального лучшего материала. Химический состав клеток, доступный зазор, сжатие, термическое воздействие и архитектура упаковки определяют соответствующий барьер.

Можно ли использовать слюду и аэрогель в одном аккумуляторном блоке?

Да. В блоке может использоваться аэрогель между элементами и слюдой или другой высокотемпературной изоляцией в местах модулей, шин или корпуса, если технические требования оправдывают стратегию использования гибридных материалов.

15-летний взгляд на автомобильные жгуты проводов и изоляцию электромобилей

После 15 лет работы с автомобильными жгутами проводов и электрической изоляцией электромобилей я понял, что защита от теплового неконтроля должна разрабатываться с учетом местоположения и режима отказа, а не репутации материала. В самых мощных аккумуляторных блоках часто используются различные материалы для обеспечения термического сопротивления на уровне ячеек, электрической изоляции высокого напряжения и противопожарной защиты на уровне блока.

Авторитетные ссылки

[1] Aspen Aerogels — межклеточные тепловые барьеры PyroThin

[2] Aspen Aerogels — тестирование межклеточного теплового распространения

[3] Saint-Gobain — защита аккумуляторов электромобилей от огня и распространения тепла

[4] Решения UL — Оценка температурного разгона батарейного шкафа