Колико дебела треба да буде аерогел изолација између ћелија ЕВ батерије?

Ако је аерогел баријера сувише танка, топлота из оштећене ћелије може пребрзо да стигне до свог суседа; ако је непотребно дебео, паковање губи драгоцену запремину ћелије, повећава цену и може да промени компресију ћелије.

Не постоји универзална дебљина аерогела за ЕВ батерије — исправна вредност мора да се изабере из хемије ћелије, топлотне енергије, доступног размака, компресије, дозвољене температуре на заштићеној страни и резултата валидације модула. За призматичне и џепне ћелије, пројектоване баријере су често дебеле само неколико милиметара, али коначна вредност мора бити доказана у стварној архитектури батерије.

Да ли постоји стандардна дебљина аерогела за ЕВ батерије?

Коришћење фиксног правила као што је „2 мм аерогел је довољно за сваку батерију“ може недовољно заштитити ћелије високе енергије или изгубити простор у модулу нижег ризика.

Исправно решење је дефинисање дебљине из захтеваног топлотног отпора у стварном компримованом стању. Формат ћелије, хемија, ускладиштена енергија, размак, смер вентилације, сила компресије, конструкција баријере и дозвољена температура на суседној ћелији утичу на резултат.

Аспен Аерогелс наводи да су његове аутомобилске ћелијске баријере пројектоване за специфичне циљеве укључујући топлотну проводљивост, дебљину и одзив на компресију , појачавајући да је дебљина баријере дизајнерски параметар зависан од апликације, а не универзални број.^[1]

Може ли аерогел баријера од 2–3 мм бити довољна?

Навођење успешног резултата теста од 2–3 мм без узимања у обзир величине ћелије, компресије, топлотних путева и вентилације може створити лажно поверење у потпуно другачији пакет батерија.

Неколико милиметара може бити технички одрживо у неким призматичним или кесицама дизајна, али само када комплетан тест модула потврди потребно кашњење ширења. Дебљина се не може одвојити од формулације материјала и стања компресије.

Аспен је објавио један пример мини-модула користећи 2,35 мм ПироТхин баријеру компримовану на око 50% напрезања између две призматичне ћелије од 62 Ах. У том специфичном тесту, суседна ћелија није ушла у топлотну бекство, али Аспен такође примећује да је мини-модул изоловао неке секундарне топлотне путеве пронађене у правом паковању.^[2]

Тај резултат од 2,35 мм је стога користан инжењерски пример - а не универзална спецификација ЕВ.

Како компресија мења потребну дебљину?

Баријера одабрана само по својој некомпресованој дебљини може деловати веома различито када ћелије набубре и модул компримује материјал током животног века возила.

Решење је да се процени дебљина компресије и термичке перформансе на почетку и на крају века трајања. Призматичне и врећасте ћелије могу променити димензију током циклуса, тако да баријера може деловати и као компресијска подлога уз одржавање топлотног отпора.

Аспен посебно идентификује механичке перформансе, замор компресије и топлотну проводљивост под компресијом као критичне факторе дизајна за баријере од ћелије до ћелије.^[3]

Који фактори одређују дебљину аерогела?

Одабир дебљине само на основу топлотне проводљивости занемарује друге топлотне путеве и механичка ограничења која могу доминирати у стварном ширењу топлоте.

Инжењери би требало да процене комплетан интерфејс ћелија-ћелија пре замрзавања дебљине баријере. Најважнији улази су приказани у наставку.

Зашто једноставно не користите дебљу аерогел баријеру?

Предимензионирање сваке ћелијске баријере може смањити густину енергије паковања, повећати димензије модула и цену, и ометати предвиђени систем компресије ћелија.

Исправно решење је да се користи минимална валидирана конструкција која испуњава захтеве за топлотно ширење и механичке услове са одговарајућом маргином пројектовања. У ЕВ пакетима великог обима, чак и додатни делић милиметра који се понавља на десетинама или стотинама ћелијских интерфејса може материјално утицати на димензије паковања.

Ово је један од разлога зашто је аерогел привлачан за баријере од ћелије до ћелије: произвођачи могу конструисати веома високу топлотну отпорност у релативно танке, лагане структуре.^[4]

Да ли ћелијска хемија мења потребну дебљину аерогела?

Коришћењем истог дизајна баријере за ЛФП, НМЦ и друге ћелијске хемије може се превидети велике разлике у понашању топлотног бекства, ћелијској енергији, вентилацији и архитектури паковања.

Баријера треба да буде прилагођена стварној ћелијској хемији и понашању ћелије окидача. Аспен напомиње да су његове ћелијске баријере дизајниране за више хемија, укључујући ЛФП, НМЦ и нове чврсте системе, са профилима дебљине и крутости оптимизованим за специфичне примене.^[5]

Хемија је важна, али није једини параметар. Капацитет ћелије, геометрија, стање напуњености, размак, компресија, хлађење и суседне структуре могу материјално да промене понашање ширења.

Да ли дебљину аерогела треба изабрати пре тестирања модула?

Замрзавање дебљине производње само из табеле са подацима о материјалу може довести до скупог редизајна ако тестови на нивоу модула открију проводне, радијативне или топлотне путеве одзрачног гаса који нису представљени купонским тестом.

Користите прорачуне материјала и тестирање на нивоу ћелије да дефинишете почетну дебљину, а затим потврдите комплетну конструкцију на нивоу модула или паковања пре серијског издавања. Права батерија садржи језичке, сабирнице, плоче за хлађење, компресијске структуре, празнине, причвршћиваче, изолацију и вентилационе путеве који могу заобићи примарну баријеру на површини ћелије.

Аспен на сличан начин наводи да су батеријски модули и пакети сложени системи и да не постоји јединствени тест за перформансе ћелијске баријере до краја животног века.^[3]

Како дебљина аерогела утиче на сабирнице и ожичење батерије?

Повећање дебљине ћелијске баријере без провере околног електричног паковања може променити димензије модула и додатно оптеретити сабирнице, сензорске жице, конекторе или високонапонске каблове.

Исправно решење је да се прегледа дебљина аерогела заједно са електричним системом повезивања. Промене у размаку ћелија могу променити геометрију сабирница, дужину БМС сензорске жице, положај конектора, изолациони размак и усмеравање високонапонских каблова око модула.

Из тог разлога, промену термичке баријере не треба третирати као изоловану замену материјала. Размак ћелија, компресију, изолацију лискуна, сабирнице, силиконске јастучиће, БМС ожичење и интерфејсе високонапонских свежња треба проверити заједно пре него што се алат замрзне.

Требате дефинисати ћелијску баријеру аерогела?

За инжењерски преглед, припремите хемију ћелије, капацитет, димензије ћелије, расположиви размак, захтев за компресију, опсег циљне дебљине, смер вентилације, захтев за топлотним ширењем, модул ЦАД и околне сабирнице или распоред ожичења.

Процена узорка треба да потврди и термичке перформансе и компримовано механичко понашање пре него што се пусти коначна дебљина производње.

ФАК

Која је типична дебљина аерогела између ћелија ЕВ батерије?

Не постоји универзална дебљина. Конструисане ћелијске баријере могу бити дебеле само неколико милиметара, али коначна вредност зависи од материјала, дизајна ћелије, компресије и захтеваних перформанси топлотног ширења.

Да ли је 2 мм аерогел довољан између ћелија батерије?

Може бити довољан у неким дизајнима, а неадекватан у другим. Дебљина мора бити потврђена коришћењем стварне ћелијске хемије, енергије, компресије, топлотних путева и архитектуре модула.

Да ли компресовање аерогела смањује његову топлотну заштиту?

Зависи од конструкције аерогела. Баријере за аутомобилске ћелије треба окарактерисати под њиховим стварним стањем компресије јер механичко напрезање мења дебљину и може утицати на термичко понашање.

Да ли је дебљи аерогел увек безбеднији?

Не. Већа дебљина може побољшати термичку отпорност, али може смањити густину енергије паковања, променити компресију ћелије, повећати цену и утицати на геометрију сабирница или ожичења.

Да ли аерогел треба тестирати на нивоу ћелије или модула?

И једно и друго може бити корисно. Тестови на нивоу ћелије помажу перформансама баријере екрана, али валидација на нивоу модула и паковања је важна јер додатни путеви за пренос топлоте и одвод гаса постоје у комплетном систему батерија.

15-годишња перспектива аутомобилских батерија и каблова

На основу 15 година искуства са аутомобилским компонентама и кабловима, никада не бих навео аерогел баријеру само као „2 мм“ или „3 мм“ пре него што разумем комплет батерија.

Исправна дебљина је минимална валидирана конструкција која контролише пренос топлоте од ћелије до ћелије док и даље испуњава захтеве за компресију, паковање, сабирницу, сензорску жицу и високонапонско усмеравање. У пакету батерија за ЕВ, термички материјали и електричне међусобне везе морају бити пројектоване заједно.

Ауторитативне референце

[1] Аспен Аерогелс — ПироТхин аерогел топлотне баријере од ћелије до ћелије

[2] Аспен Аерогелс — тестирање мини-модула топлотног ширења од ћелије до ћелије

[3] Аспен Аерогелс — Дизајн, компресија и валидација термалне баријере

[4] Аспен аерогелови — топлотно бежање ширење и баријере од ћелије до ћелије

[5] Аспен Аерогелс — Термалне баријере за ЕВ батерије