Aerogel vs Mica: Čo je lepšie pre tepelnú ochranu batérie EV?

Výber nesprávnej tepelnej bariéry môže umožniť, aby sa teplo z jedného zlyhávajúceho lítium-iónového článku rýchlejšie dostalo k susedným článkom, čím sa zvyšuje riziko šírenia tepla medzi bunkami.

Aerogél je vo všeobecnosti lepší, keď je prioritou návrhu maximálna tepelná izolácia v tenkej, ľahkej vrstve, zatiaľ čo sľuda je silnejšia, keď sú prioritami elektrická izolácia, štrukturálna stabilita a vysokoteplotná bariéra. V mnohých akumulátoroch EV nie je najlepším riešením univerzálny výber jedného materiálu, ale použitie každého tam, kde jeho vlastnosti riešia špecifické tepelné a elektrické riziko.

Aký je hlavný rozdiel medzi aerogélom a sľudou?

Zaobchádzanie s aerogélom a sľudou ako s vymeniteľnými izolačnými materiálmi môže viesť k zbytočnej hrúbke, hmotnosti, nákladom alebo nedostatočnej ochrane na kritických miestach vo vnútri batérie.

Vyberte aerogél predovšetkým pre tepelnú izoláciu a sľudu predovšetkým pre robustné tepelno-elektrické bariérové ​​aplikácie. Vysoko porézna štruktúra aerogélu mimoriadne účinne potláča prenos tepla, zatiaľ čo sľuda poskytuje vynikajúce dielektrické vlastnosti a zostáva rozmerovo stabilná pri vysokých teplotách.

Rozlišovanie sa stáva obzvlášť dôležitým počas tepelného úniku. UL Solutions poznamenáva, že tepelné udalosti batérie EV môžu zahŕňať extrémne vysoké teploty, plamene, tlak a vymrštené častice, čo znamená, že výber materiálu musí brať do úvahy viac ako jednu hodnotu tepelnej vodivosti.^[1]

Je aerogél lepší na ochranu pred tepelným únikom medzi bunkami?

Bez dostatočnej izolácie medzi tesne zabalenými článkami sa teplo uvoľnené jedným zlyhávajúcim článkom môže rýchlo preniesť do susedných článkov a prispieť k šíreniu cez modul.

Bariéry na báze aerogélu sú obzvlášť atraktívne tam, kde inžinieri potrebujú silný tepelný odpor s minimálnou hrúbkou a hmotnosťou. Ich porézna štruktúra obmedzuje vedenie tepla pevných a plynných látok, čo umožňuje relatívne tenkým bariéram spomaliť prenos tepla medzi susednými povrchmi.

Vďaka tomu je aerogél obzvlášť dôležitý pre bariéry medzi bunkami v moduloch s vysokou energetickou hustotou , kde záleží na každom milimetri baliaceho priestoru.

Kedy je sľuda lepšia ako aerogél?

Samotná tepelná izolácia nemusí byť dostatočná okolo prípojníc, vysokonapäťových spojov, krytov modulov a iných miest, kde je elektrická izolácia a mechanická stabilita rovnako dôležitá.

Sľuda je často silnejšou voľbou, keď komponent musí poskytovať vysokoteplotnú bariéru a spoľahlivú dielektrickú izoláciu. Môže byť spracovaný do plechov a vlastných vysekávaných dielov pre moduly, prípojnice, kryty a vysokonapäťové izolačné konštrukcie.

Vďaka tomu je sľuda obzvlášť užitočná v blízkosti VN prípojníc, konektorov, elektrických rozhraní, hraníc modulov a oblastí ochrany na úrovni balenia.

Aerogel vs Mica: Ktorý materiál má lepší výkon?

Výber materiálov z jednej špecifikácie, ako je maximálna teplota, môže skryť dôležité rozdiely v tepelnej vodivosti, kompresnom správaní, dielektrickom výkone, hrúbke a mechanickej odolnosti.

Namiesto hľadania jedného univerzálneho víťaza porovnajte materiály podľa ich skutočnej funkcie vo vnútri batérie. Článkový separátor má veľmi odlišné požiadavky od vysokonapäťovej prípojnicovej bariéry alebo izolačného komponentu krytu.

Môžu sa aerogél a sľuda používať spolu?

Nútenie jedného izolačného materiálu vykonávať všetky tepelné, elektrické a mechanické funkcie môže vytvoriť neefektívny akumulátor a zvýšiť náklady na materiál bez zvýšenia bezpečnosti.

Hybridná izolačná architektúra môže využívať aerogél v blízkosti buniek a sľudu okolo elektricky alebo mechanicky náročných oblastí. To umožňuje inžinierom použiť aerogél tam, kde najviac záleží na tepelnom odpore na jednotku hrúbky, a sľudu, kde sa výkon dielektrickej a štrukturálnej bariéry stáva kritickým.

Napríklad batériový modul môže používať aerogélový kompozit medzi článkami pri použití vysekaných sľudových komponentov okolo prípojníc, vysokonapäťových spojov, krytov modulov alebo rozhraní krytu.

Ako by si mali inžinieri vybrať medzi aerogélom a sľudou?

Výber tepelnej bariéry pred porozumením chémie článku, správania sa pri šírení, dostupnej medzery, kompresného zaťaženia, napätia a okolitých komponentov môže viesť k drahému prepracovaniu po testovaní modulu.

Najprv definujte scenár zlyhania, potom vyberte materiál a hrúbku okolo požadovaného tepelného, ​​elektrického a mechanického výkonu. Prototypové diely by mali byť nakoniec overené na príslušných úrovniach bunky, modulu a balenia.

UL Solutions vykonáva testovanie šírenia tepla batérií EV od článku cez úroveň balenia a hodnotí účinnosť bariér proti šíreniu a izolačných materiálov.^[2] SAE J2464 sa zaoberá aj testovaním zneužitia batérií elektrických a hybridných vozidiel v podmienkach mimo ich bežného prevádzkového rozsahu.^[3]

Potrebujete vlastné aerogélové alebo sľudové diely pre projekt EV batérie?

Fuqiang môže podporovať vlastné izolačné komponenty batérie podľa vášho článku, modulu, balenia, prípojnice, konektora a rozloženia vysokonapäťového vedenia. Pošlite nám svoj výkres, požadovanú hrúbku, prevádzkovú teplotu, napätie a miesto inštalácie na výber materiálu alebo vyhodnotenie vzorky.

FAQ

Je aerogél lepší ako sľuda pre batérie EV?

Nie univerzálne. Aerogél je všeobecne silnejší pre vysokoúčinnú tepelnú izoláciu, zatiaľ čo sľuda je obzvlášť cenná, keď sa vyžaduje aj elektrická izolácia a štrukturálna tepelná bariéra.

Kde sa aerogél používa v batérii EV?

Aerogélové kompozity sa bežne zvažujú pre miesta s tesnou tepelnou bariérou, ako napríklad medzi batériovými článkami alebo okolo modulov , kde je kritické obmedzenie prenosu tepla.

Kde sa používa sľuda v batériách EV?

Sľudové komponenty možno použiť okolo modulov, prípojníc, vysokonapäťových spojov, krytov batérií a rozhraní krytov vyžadujúcich tepelnú a elektrickú izoláciu.

Dokáže sľuda zastaviť tepelný únik batérie?

Sľuda nezastaví elektrochemický tepelný únik vyskytujúci sa vo vnútri zlyhávajúceho článku. Môže tvoriť súčasť bariérového systému určeného na oneskorenie šírenia tepla a plameňa do okolitých komponentov.

Môže aerogél úplne zabrániť tepelnému šíreniu?

Bez overenia na úrovni systému by sa nemalo predpokladať, že žiadny materiál úplne zabráni šíreniu. Výkon bariéry závisí od konštrukcie materiálu, hrúbky, chémie buniek, vzdialenosti, kompresie, tepelného toku, vetrania a architektúry balenia.

15-ročná perspektíva automobilového káblového zväzku

Po 15 rokoch práce s automobilovými káblovými zväzkami a elektrickými systémami EV považujem izoláciu batérie za súčasť kompletnej vysokonapäťovej architektúry – nie za izolovaný materiál. Aerogél môže riadiť prenos tepla okolo článkov, zatiaľ čo sľuda môže poskytnúť robustné tepelné a elektrické oddelenie okolo prípojníc, HV konektorov a káblových rozhraní.

Najlepším materiálom preto nie je len aerogél alebo sľuda. Je to materiál, hrúbka, geometria a umiestnenie, ktoré správne zodpovedajú skutočnému režimu zlyhania batérie.

Autoritatívne referencie

[1] Riešenia UL — Hodnotenie tepelného úniku krytu batérie (BETR).

[2] Riešenia UL — Zneužitie batérie EV, testovanie požiaru, teploty a výkonu

[3] SAE International — J2464 Testovanie zneužitia batérie elektrických vozidiel