Pse materialet e zakonshme izoluese dështojnë gjatë arratisjes termike të baterisë EV?

Izolimi elektrik i zakonshëm mund të zbutet, tkurret, digjet, karbonizohet, plasaritet ose humbasë forcën dielektrike kur ekspozohet ndaj kombinimit të nxehtësisë ekstreme, flakës, grimcave të nxehta, presionit dhe gazrave të ajrosjes të krijuara gjatë ikjes termike të baterisë.

Zgjidhja e duhur është përdorimi i barrierave termike të krijuara posaçërisht për izolimin në temperaturë të lartë, transferimin e ulët të nxehtësisë, rezistencën ndaj flakës, stabilitetin dielektrik dhe integritetin mekanik në kushte abuzimi. Një material që funksionon mirë në temperaturën normale të funksionimit të baterisë nuk është automatikisht i përshtatshëm për një ngjarje të largimit termik.

Pse Termal Runaway është i ndryshëm nga ngrohja normale e baterisë?

Izolimi normal mund t'i mbijetojë funksionimit afatgjatë në temperaturë të ngritur, por dështon me shpejtësi kur largimi termik shton flakën e drejtpërdrejtë, presionin, grimcat e nxehta dhe fluksin e përqendruar të nxehtësisë.

Zgjidhja është vlerësimi i izolimit ndaj kushteve të abuzimit dhe jo vetëm vlerësimet e temperaturës për përdorim të vazhdueshëm. UL Solutions vë në dukje se largimi termik i baterisë mund të prodhojë flakë të ngjashme me avionin, grimca të nxjerra, temperaturë të lartë dhe presion brenda mbylljes, që do të thotë se materiali mbrojtës duhet t'i rezistojë disa mekanizmave të dështimit të njëkohshëm.^[1]

Ky dallim është kritik. Një material i vlerësuar për izolim normal elektrik në 105°C, 125°C ose edhe më të larta mund të humbasë akoma strukturën ose performancën dielektrike kur ekspozohet ndaj kushteve të largimit termik të drejtpërdrejtë.

Pse izolimi i zakonshëm polimer mund të zbutet ose shembet?

Shumë filma dhe shkumë polimerësh të zakonshëm janë të dizajnuar për izolim elektrik, jastëk ose vulosje - jo për ekspozim të drejtpërdrejtë ndaj nxehtësisë së fortë termike - kështu që ato mund të zbuten, tkurren, shkrihen ose deformohen përgjithmonë.

Zgjidhja e duhur është të zgjidhni materiale, stabiliteti termik i të cilave mbetet i mjaftueshëm nën temperaturën aktuale të abuzimit dhe kohëzgjatjen e ekspozimit. Mika me temperaturë të lartë, barrierat me bazë qeramike, sistemet e aerogelit dhe materialet silikoni të formuluara posaçërisht konsiderohen zakonisht kur izolimi i zakonshëm nuk mund të ruajë funksionin e tij.

Përzgjedhja e materialit duhet të bëjë dallimin midis rezistencës ndaj temperaturës së funksionimit dhe rezistencës ndaj termike . Këto nuk janë të njëjtat specifikime.

Pse nuk mjafton vetëm UL 94 V-0?

Një material mund të arrijë UL 94 V-0 dhe ende të sigurojë mbrojtje të pamjaftueshme kundër përhapjes termike nga qeliza në qelizë, sepse një klasifikim i flakës në shkallë të vogël nuk përfaqëson ngjarjen e plotë të largimit termik.

Zgjidhja është që të trajtohet vlerësimi i flakës si vetëm një veçori materiale dhe të vërtetohet veçmas izolimi termik, rezistenca ndaj fluksit të nxehtësisë, mbajtja mekanike, ekspozimi ndaj gazit dhe performanca e përhapjes në nivel sistemi. Rogers vë në dukje në mënyrë specifike se sapo një qelizë hyn në arratisje termike, një shkumë V-0 nuk e ndalon vetë çlirimin e energjisë; Arkitektura e paketës dhe barrierat termike mbeten kritike.^[2]

Ky është një nga gabimet më të zakonshme të specifikimeve në materialet e baterisë: 'V-0' nuk do të thotë 'rezistencë ndaj termo-ikjes'.

Cilat mënyra dështimi duhet të mbijetojnë izolimin e baterisë?

Nëse një inxhinier vlerëson vetëm rezistencën ndaj flakës, izolimi mund të dështojë nga erozioni, presioni, grimcat e nxehta, prishja dielektrike, humbja e kompresimit ose transferimi i nxehtësisë në qelizën ngjitur.

Zgjidhja e saktë është të kontrolloni mjedisin e plotë të dështimit përpara se të zgjidhni materialin pengues. Vlerësimi i mbylljes së baterisë së UL kombinon në mënyrë specifike temperaturën e lartë, presionin dhe grimcat e nxjerra, sepse largimi termik është një ngjarje shumë-fizike dhe jo një provë e thjeshtë flakë.^[1]

Pse ka rëndësi përçueshmëria e ulët termike?

Një material mund të mbetet fizikisht i paprekur, por gjithsesi të dështojë si një pengesë termike nëse nxehtësia kalon nëpër të mjaft shpejt për të shkaktuar qelizën fqinje.

Zgjidhja është të kontrolloni si mbijetesën e materialit ashtu edhe transferimin e nxehtësisë përmes barrierës. UL Prospector vëren se aerogelët, batanijet qeramike dhe shkumat kapsuluese mund të performojnë mirë në përçueshmëri dhe densitet të ulët termik, ndërsa mika siguron izolim të fortë elektrik, por mund të kërkojë më shumë trashësi për mbrojtje të mjaftueshme nga zjarri.^[3]

Prandaj, objektivi i rëndësishëm i projektimit nuk është thjesht 'a digjet materiali?', por gjithashtu 'sa nxehtësi arrin anën e mbrojtur dhe sa shpejt?'

Pse filmat e hollë plastikë mund të jenë të pamjaftueshëm?

Filmat e hollë polimer mund të ofrojnë ndarje të shkëlqyer dielektrike gjatë funksionimit normal, por përmbajnë shumë pak masë termike ose trashësi për t'i rezistuar transferimit të qëndrueshëm të nxehtësisë gjatë largimit termik.

Zgjidhja e duhur është përdorimi i filmave të hollë kryesisht për izolim elektrik aty ku është e përshtatshme dhe shtimi i një pengese termike të dedikuar kur e kërkon rreziku i përhapjes termike. Një strukturë me shumë shtresa mund të ndajë funksionet e izolimit elektrik, izolimit termik, mbrojtjes mekanike dhe ngjitjes.

Përpjekja për të bërë një film të hollë elektrik të kryejë të katër funksionet zakonisht detyron kompromise të papranueshme.

Pse shkuma e zakonshme mund të jetë e pamjaftueshme?

Shkuma konvencionale mund të funksionojë mirë si një jastëk kompresimi, mbyllës ose amortizues dridhjesh, por humbet forcën ose performancën e izolimit kur ekspozohet drejtpërdrejt ndaj largimit termik.

Zgjidhja është përdorimi i shkumës së formuluar dhe vërtetuar posaçërisht për përhapjen termike kur komponenti duhet të sigurojë mbrojtje nga ngjeshja dhe zjarri. Materialet e Rogers's ProCell EV Firewall janë shembuj të sistemeve elastomerike silikoni të zhvilluara posaçërisht për të kombinuar funksionalitetin e kompresimit të baterisë me mbrojtjen e përhapjes termike.^[4]

Kjo ilustron një rregull të rëndësishëm: shkuma e zakonshme e silikonit dhe barrierat silikoni të vlerësuara me termike nuk duhet të trajtohen automatikisht si e njëjta klasë materiali.

Pse Mica përdoret zakonisht për mbrojtjen termike të arratisjes?

Aty ku izolimi i zakonshëm i polimerit nuk mund të mbajë izolimin elektrik dhe strukturën e barrierës në temperaturë të lartë, dështimi mund të ekspozojë qelizat, shiritat ose komponentët e paketës aty pranë.

Zgjidhja është përdorimi i mikës ku kërkohet stabilitet dielektrik në temperaturë të lartë dhe mbrojtje e ngurtë termike. Mica ka aftësi të fortë izolimi elektrik dhe përdoret gjerësisht në aplikimet termike dhe të mbrojtjes nga zjarri të baterive EV, megjithëse trashësia dhe ndërtimi i kërkuar varen ende nga arkitektura specifike e paketimit.^[3]

Mika është veçanërisht e dobishme për barrierat e qelizave, muret e moduleve, izolimin e shiritave, mbrojtjen e kapakut të paketimit dhe vende të tjera ku qëndrueshmëria e formës dhe izolimi elektrik kanë rëndësi.

A duhet të trajtojë një material problemin e plotë të arratisjes termike?

Pritja që një fletë izolimi të sigurojë rezistencë ndaj zjarrit, transferim jashtëzakonisht të ulët të nxehtësisë, rikuperim të ngjeshjes, vulosje, kontroll të dridhjeve, izolim dielektrik dhe mbrojtje strukturore mund të rezultojë në një material të shtrenjtë që ende dështon një kërkesë kritike.

Zgjidhja më e mirë është shpesh një sistem shumështresor në të cilin çdo material kryen funksionin që trajton më së miri. Për shembull, mika mund të sigurojë mbrojtje dielektrike me temperaturë të lartë, aeroxheli mund të reduktojë transferimin e nxehtësisë dhe shkuma e specializuar silikoni mund të sigurojë rezistencë ndaj ngjeshjes dhe përhapjes termike.

UL Prospector në mënyrë të ngjashme vë në dukje se kombinimet e materialeve mund të jenë të nevojshme për të përmbushur kërkesat strukturore dhe testet e kërkuara të largimit termik.^[3]

Si duhet të zgjidhet izolimi termik i arratisur?

Përzgjedhja e materialit vetëm nga një vlerësim i temperaturës së fletës së të dhënave mund të krijojë besim të rremë sepse abuzimi i vërtetë i baterisë përfshin kohën, fluksin e nxehtësisë, flakën, grimcat, presionin, gjeometrinë dhe komponentët fqinjë.

Zgjidhja e saktë është zgjedhja e materialit nga formati aktual i qelizës, vendndodhja e dështimit, koha e kërkuar e vonesës, objektivi i temperaturës në anën e mbrojtur, kërkesa elektrike, ngarkesa mekanike, trashësia e disponueshme dhe specifikimi i testit të abuzimit. Mostrat e materialit më pas duhet të vërtetohen në asambletë përfaqësuese.

Informacioni inxhinierik për të përcaktuar së pari:

Kimia dhe formati i qelizave, vendndodhja e pengesës, trashësia maksimale e disponueshme, kërkesa dielektrike, drejtimi i pritshëm i ventilimit, objektivi i përhapjes termike, kërkesa për kompresim, temperatura e funksionimit, ndërtimi i ngjitësit, fiksimi mekanik dhe standardi i aplikueshëm i testit të abuzimit të baterisë.

Si duhet të vërtetohet performanca e pengesës termike?

Një material që kalon një test të vogël të flakës së kuponit mund të dështojë ende brenda baterisë aktuale sepse nyjet, lidhësit, shtigjet e ventilimit, kompresimi dhe komponentët fqinjë ndryshojnë rrugën e rrjedhës së nxehtësisë.

Zgjidhja është vërtetimi i performancës në nivel material dhe në nivel sistemi në kushte reprezentative të largimit termik. UL 2596 vlerëson materialet e mbylljes së baterive nën ekspozimin termik dhe mekanik, ndërsa kërkesat e sigurisë së baterive EV si ISO 6469-1 dhe Rregullorja e OKB-së Nr. 100 trajtojnë sigurinë e sistemit të ruajtjes së energjisë së rikarikueshme në nivel automjeti.^[1][5][6]

UNECE ka vazhduar gjithashtu punën për kërkesat më të forta të përhapjes termike për sistemet e baterive të automjeteve elektrike, duke përforcuar se mbrojtja termike e largimit është një çështje sigurie në nivel sistemi dhe jo një problem i vlerësimit të flakës me një material të vetëm.^[6]

Duhet të zgjidhni një pengesë termike për një bateri EV?

Për një rishikim paraprak të materialit, përgatitni vendndodhjen e qelizës, modulit ose paketës, trashësinë e disponueshme, objektivin e temperaturës në anën e mbrojtur, kërkesën dielektrike, kërkesën për kompresim, kiminë e qelizës, drejtimin e ventilimit, gjeometrinë CAD, kërkesën për ngjitës dhe objektivin e aplikueshëm të provës së largimit termik.

Barriera e saktë duhet të zgjidhet nga mënyra aktuale e dështimit - jo thjesht nga një vlerësim i flakës ose numri i temperaturës i printuar në një fletë të dhënash.

FAQ

A mund t'i mbijetojë izolimit normal elektrik termik të baterisë?

Jo domosdoshmërisht. Izolimi i zakonshëm elektrik mund të funksionojë në temperatura normale të funksionimit, por humbet forcën, formën ose performancën dielektrike gjatë ekspozimit ekstrem termik.

A është UL 94 V-0 i mjaftueshëm për një pengesë termike të baterisë EV?

Nr. V-0 tregon sjellje specifike të ndezshmërisë sipas një prove të standardizuar, por mbrojtja termike e larguar varet gjithashtu nga transferimi i nxehtësisë, trashësia e materialit, ajrimi, ndërtimi i pengesave dhe arkitektura e paketimit.

Pse mika është më e mirë se plastika e zakonshme për arratisjen termike?

Mica ofron stabilitet dielektrik dhe strukturor shumë më të fortë në temperaturë të lartë se shumë filma të zakonshëm polimer, duke e bërë atë të dobishëm për barriera të ngurta termike dhe elektrike.

A mund të mbrohet shkuma silikoni kundër arratisjes termike?

Materialet silikoni të formuluara dhe të vërtetuara posaçërisht mund të ofrojnë mbrojtje ndaj përhapjes termike, por shkuma e zakonshme silikoni nuk duhet të supozohet automatikisht se ofron të njëjtën performancë.

Cilat veti kanë më shumë rëndësi në një pengesë termike të arratisur?

Karakteristikat e rëndësishme përfshijnë rezistencën termike, rezistencën ndaj flakës, forcën dielektrike, qëndrueshmërinë në temperaturë të lartë, rezistencën ndaj erozionit, integritetin mekanik, trashësinë, densitetin dhe përputhshmërinë me strukturën e baterisë.

A është vlerësimi më i lartë i temperaturës gjithmonë zgjidhja më e mirë?

Jo. Performanca e largimit termik varet nga fluksi i nxehtësisë, koha e ekspozimit, gjeometria, trashësia, ndërtimi i materialit dhe dizajni i sistemit—jo vetëm nga vlerësimi i temperaturës.

Perspektiva 15-vjeçare e komponentit të baterisë së automobilave

Bazuar në përvojën 15-vjeçare të prodhimit të komponentëve të automobilave dhe parzmoreve të telit, unë kurrë nuk miratoj një material izolues të baterisë thjesht sepse është izolues elektrik, rezistent ndaj flakës ose i vlerësuar për një temperaturë të lartë të vazhdueshme.

Ikja termike krijon një mjedis krejtësisht të ndryshëm dështimi: nxehtësia intensive, flaka, presioni, grimcat e nxehta, stresi elektrik dhe koha e ekspozimit veprojnë së bashku. Zgjidhja e besueshme është të përcaktoni fillimisht rrugën aktuale të dështimit dhe më pas të zgjidhni mikë, aerogel, material qeramik, silikon të specializuar ose një ndërtim me shumë shtresa që mund të mbrojë atë vendndodhje të saktë.

Referencat autoritare

[1] UL Solutions — Vlerësimi termik i kabinës së baterisë dhe UL 2596

[2] Rogers Corporation - Ku UL 94 V-0 ka rëndësi në dizajnet e botës reale

[3] UL Prospector - Përzgjedhja e materialeve të mbrojtjes nga zjarri për një bateri EV

[4] Rogers Corporation — ProCell EV Firewall Thermal Propagation Protection

[5] ISO — ISO 6469-1:2019 Automjetet rrugore me lëvizje elektrike, Siguria e sistemit të ruajtjes së energjisë së rikarikueshme

[6] UNECE — Rregullorja e OKB-së nr. 100 Rev.3, Siguria e trenave të energjisë elektrike