เหตุใดเทปเซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับตู้แบตเตอรี่จึงกลายเป็นแนวป้องกันขั้นสูงสุดจากภัยพิบัติอัคคีภัย EV

เมื่อผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าแข่งขันกันในระยะทางขับขี่ 800 กิโลเมตรขึ้นไป ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกผลักดันจนถึงขีดจำกัดสูงสุด แต่จะเกิดอะไรขึ้นภายในกล่องแบตเตอรี่ที่อัดแน่นเมื่อเซลล์เดียวประสบกับความล้มเหลวร้ายแรง หากไม่มีแผงกั้นความร้อนขั้นสูง ความล้มเหลวเฉพาะที่เพียงครั้งเดียวจะแพร่กระจายไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ภายในไม่กี่วินาที

วัสดุฉนวนแบบดั้งเดิมจะละลายอย่างรวดเร็วภายใต้สภาวะที่รุนแรงเหล่านี้ ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวระดับหายนะในระดับบรรจุภัณฑ์ เพื่อขจัดช่องโหว่ด้านความปลอดภัยที่สำคัญนี้ วิศวกรจึงใช้ เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงใน กล่องแบตเตอรี่ การปกป้อง วัสดุพิเศษนี้รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความเป็นฉนวนที่อุณหภูมิเกิน 1,000°C ปิดกั้นการแพร่กระจายความร้อนและปกป้องผู้โดยสาร

เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับตู้แบตเตอรี่คืออะไร?

จะเกิดอะไรขึ้นหากวัสดุฉนวนแบตเตอรี่ไม่สามารถรับมือกับการปล่อยพลังงานอย่างฉับพลันและรุนแรงในระหว่างเหตุการณ์ระบายความร้อนไม่ได้ หากเทประเหยหรือกลายเป็นถ่านนำไฟฟ้าภายในไม่กี่วินาที เซลล์ข้างเคียงจะถูกปล่อยทิ้งไว้จนหมด ทำให้เกิดผลกระทบโดมิโนอย่างรวดเร็วและเป็นหายนะทั่วทั้งแพ็ค ฟิล์มโพลีเมอร์มาตรฐาน เช่น เทป PET หรือ PI (โพลีอิไมด์) ทำงานได้ดีในระหว่างการใช้งานยานพาหนะตามปกติ แต่ไม่สามารถอยู่รอดได้เมื่อสัมผัสกับเปลวไฟคล้ายคบเพลิงและกระแสอนุภาคความเร็วสูงถึง 900°C

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงขั้นสูงสำหรับการใช้งานตู้แบตเตอรี่จึงใช้เส้นใยเซรามิกอนินทรีย์ที่มีความบริสุทธิ์สูงรวมกับกาวซิลิโคนประสิทธิภาพสูง งานวิจัยจากหน่วยงานวิชาการชั้นนำอย่าง สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ยืนยันว่าเมทริกซ์เซรามิกอนินทรีย์ให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่เหนือกว่าภายใต้ฟลักซ์ความร้อนจัด เมื่อสัมผัสกับไฟที่รุนแรง เทปจะผ่านกระบวนการเซรามิกเซชันแบบพิเศษ โดยเปลี่ยนเป็นแผ่นป้องกันความร้อนที่แข็งและมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งไม่มีการทะลุผ่านของเปลวไฟ และป้องกันการเกิดอาร์คทางไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูงที่อยู่ติดกัน

วิศวกรควรใช้เทปฉนวนนี้ที่ไหน?

อะไรคือผลที่ตามมาในโลกแห่งความเป็นจริงจากการเลือกตำแหน่งฉนวนที่ไม่ถูกต้องภายในชุดแบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด? กล่องใส่แบตเตอรี่ EV เป็นสภาพแวดล้อมที่มีผู้คนหนาแน่นเป็นพิเศษ ซึ่งพื้นที่ทุกมิลลิเมตรส่งผลต่อความหนาแน่นของพลังงานโดยรวม การใช้ผ้าห่มฉนวนขนาดใหญ่จะช่วยลดพื้นที่อันมีค่าสำหรับเซลล์ ในขณะที่การวางเทปบางที่ไม่เหมาะสมจะทำให้พื้นที่สำคัญเสี่ยงต่อการเกิดประกายไฟหรือการถ่ายเทความร้อน หากวิศวกรไม่สามารถพันบัสบาร์ไฟฟ้าแรงสูงหรือจัดแนวฝาตู้ได้อย่างถูกต้อง เหตุการณ์ความร้อนจะทะลุห้องโดยสารทันทีหรือทำให้ระบบจัดการแบตเตอรี่หลักลัดวงจร

เพื่อป้องกันโหมดความล้มเหลวขั้นรุนแรงเหล่านี้ เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับการออกแบบตู้แบตเตอรี่จึงถูกนำไปใช้ในโซนกลยุทธ์หลักสามโซนภายในสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่:

• แผงกั้นความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์: ใช้โดยตรงกับเปลือกเซลล์แต่ละเซลล์หรือผนังโมดูลเพื่อป้องกันการถ่ายเทความร้อนด้านข้าง และป้องกันการติดไฟของเซลล์ที่อยู่ติดกัน

• ซับในฝาครอบด้านบนของตัวเครื่อง: เคลือบลา มิเนตไว้ที่พื้นผิวด้านในของฝาด้านบนของชุดแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซอุณหภูมิสูงและโลหะหลอมเหลวไหม้ผ่านโครงสร้าง

• บัสบาร์ไฟฟ้าแรงสูงและการพันสายไฟ: พันไว้อย่างแน่นหนารอบสายจ่ายไฟและสายสัญญาณ BMS เพื่อให้แน่ใจว่าการสื่อสารฉุกเฉินยังคงทำงานได้ในระหว่างเหตุการณ์ความร้อน

เมทริกซ์ประสิทธิภาพความร้อนและทางกายภาพของวัสดุฉนวนแบตเตอรี่

คุณจะเลือกข้อมูลจำเพาะที่เหมาะสมสำหรับแพลตฟอร์มแบตเตอรี่เฉพาะของคุณได้อย่างไร

ทีมจัดซื้อต้องเผชิญกับความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่อะไรบ้างเมื่อประเมินซัพพลายเออร์เทปตามราคาซื้อเพียงอย่างเดียว การมุ่งเน้น ที่ต้นทุนวัสดุล่วงหน้า โดยเฉพาะ มักนำไปสู่ความล้มเหลวในสนามที่ร้ายแรง เนื่องจากเอกสารข้อมูลมาตรฐานจะเน้นเฉพาะคุณสมบัติอุณหภูมิห้องเท่านั้น หากเทปไม่สามารถทนทานต่อการสั่นสะเทือนทางกลอย่างต่อเนื่อง การสัมผัสกับไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์ที่รุนแรง หรือการทดสอบการหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ กาวจะเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป ส่งผลให้เทปยกขึ้น แฟล็ก หรือลอกออกเป็นเวลานานก่อนที่จะเกิดเหตุการณ์ความร้อน

ตามมาตรฐานการตรวจสอบยานยนต์ที่สถาบันติดตามเช่น ทีมวิศวกรของ มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด จะต้องตรวจสอบเกณฑ์การปฏิบัติงานที่สำคัญหลายประการผ่านเกณฑ์วิธีการทดสอบที่เข้มงวด เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับการออกแบบตู้แบตเตอรี่ต้องแสดงการยึดเกาะที่แข็งแกร่ง 180° กับพื้นผิวอะลูมิเนียมและคอมโพสิตหลังจากการบ่มด้วยความร้อนในระยะยาว รักษาความต้านทานแรงดึงเชิงกลหลังการเผาไหม้ และให้แรงดันพังทลายของไดอิเล็กทริกสูง ขณะเดียวกันก็รักษาโปรไฟล์ให้บางเพียงพอเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสูงสุด

คู่มือการเลือกกาวที่สำคัญ

Fuqiang ปรับปรุงโซลูชั่นฉนวน EV สำหรับยานยนต์มานานแค่ไหนแล้ว?

ผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์จะมั่นใจได้อย่างไรว่าจะไม่กระทบต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวเมื่อนำวัสดุระบายความร้อนชนิดใหม่มาใช้ การพึ่งพาซัพพลายเออร์ที่ไม่ได้รับการพิสูจน์มักนำมาซึ่งตัวแปรที่ซ่อนอยู่ในการเสื่อมสภาพของกาวและความไม่สอดคล้องกันของความหนา ซึ่งจะปรากฏขึ้นในช่วงปลายขั้นตอนการตรวจสอบยานพาหนะ การสร้างสมดุลระหว่างความหนาแน่นของพลังงานกับความปลอดภัยที่แน่วแน่ถือเป็นความท้าทายที่ยากที่สุดในวิศวกรรม EV ยุคใหม่ โดยต้องใช้มรดกทางการผลิตที่ลึกซึ้งมากกว่าการจำหน่ายวัสดุมาตรฐานเท่านั้น

กว่าสิบห้าปีของฉันที่เชี่ยวชาญด้านการผลิตชุดสายไฟรถยนต์และฉนวนแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงที่ fuqiang ฉันได้ช่วยทีมวิศวกรรมแก้ปัญหาความท้าทายในการจัดการระบายความร้อนที่ซับซ้อนสำหรับสถาปัตยกรรมยานพาหนะยุคต่อไป การออกแบบระบบความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพไม่ได้เกี่ยวกับการเพิ่มฉนวนที่หนาและหนัก แต่เป็นการนำวัสดุประสิทธิภาพสูงมาใช้อย่างมีกลยุทธ์ เช่น เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับระบบตู้แบตเตอรี่ที่มีความสำคัญมากที่สุด หากคุณกำลังปรับปรุงการออกแบบชุดแบตเตอรี่ของคุณ ประเมินวัสดุหน่วงไฟ หรือจัดการกับความล้มเหลวในระหว่างการทดสอบการหนีความร้อน โปรดติดต่อทีมงานของเราที่ fuqiang เพื่อหารือเกี่ยวกับโซลูชันที่ปรับแต่งเอง

 คำถามที่พบบ่อย - คำถามทั่วไปเกี่ยวกับฉนวนแบตเตอรี่

เทปเซรามิกสามารถทนต่อเปลวไฟโดยตรงระหว่างเหตุการณ์ความร้อนจากแบตเตอรี่ EV ได้หรือไม่

ใช่ เทปเซรามิกอุณหภูมิสูงระดับพรีเมียมสำหรับการป้องกันกล่องแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้ทนทานต่อการระเบิดของเปลวไฟแรงดันสูงโดยตรงที่สูงถึง 1200°C โดยไม่ไหม้หรือละลายออกไป

เทปเซรามิกกลายเป็นสื่อไฟฟ้าหลังจากสัมผัสกับความร้อนสูงหรือไม่?

ไม่ แตกต่างจากเทปโพลีเมอร์อินทรีย์ที่สร้างรางคาร์บอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเมื่อถูกเผา เส้นใยเซรามิกอนินทรีย์จะไม่เกิดคาร์บอน และจะรักษาคุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมแม้ว่าจะโดนไฟแล้วก็ตาม

ความหนาโดยทั่วไปของเทปเซรามิกที่ใช้ในชุดแบตเตอรี่ EV สำหรับผู้โดยสารคือเท่าใด

เพื่อให้เป็นไปตามข้อจำกัดด้านปริมาตรที่เข้มงวด โดยทั่วไปแล้ว เทปเซรามิกเกรดยานยนต์จึงมีการกำหนดไว้ระหว่าง 0.15 มม. ถึง 0.30 มม. ซึ่งเป็นทางเลือกที่มีลักษณะไม่เรียบแทนผ้าห่มกันความร้อนขนาดใหญ่

ลิงค์ภายนอกที่ใช้ในบทความนี้:

• สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT): https://www.mit.edu/ — อ้างอิงถึงข้อมูลเชิงลึกด้านวัสดุศาสตร์เกี่ยวกับพฤติกรรมเมทริกซ์อนินทรีย์ที่อุณหภูมิสูง

• มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด: https://www.stanford.edu/ — อ้างอิงถึงมาตรฐานการตรวจสอบรถยนต์ไฟฟ้าและโปรโตคอลการทดสอบแบตเตอรี่

เชิงอรรถ:

[1]: การแพร่กระจายแบบหนีความร้อน: กระบวนการที่เซลล์แบตเตอรี่เดี่ยวเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน และถ่ายเทความร้อนเพียงพอไปยังเซลล์ที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดความล้มเหลวของปฏิกิริยาลูกโซ่ตลอดทั้งแพ็ค

[2]: การทำให้เป็นเซรามิก: การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพโดยที่คอมโพสิตโพลีเมอร์เมทริกซ์เฉพาะทางจะแปลงเป็นโครงสร้างเซรามิกที่มีความเสถียรเมื่อสัมผัสกับเปลวไฟและความร้อนสูง

[3]: แรงดันพังทลายของอิเล็กทริก: แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่วัสดุฉนวนสามารถทนได้ก่อนที่จะพังทลายและนำไฟฟ้า