แผ่นไมก้าถูกใช้ในระดับเซลล์ โมดูล และแพ็คในแบตเตอรี่ EV อย่างไร

หากความร้อนที่หนีไม่พ้นความร้อนได้รับอนุญาตให้เคลื่อนที่อย่างอิสระจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ความล้มเหลวของแบตเตอรี่ในพื้นที่อาจบานปลายไปสู่การแพร่กระจายในระดับโมดูล และคุกคามแบตเตอรี่ทั้งก้อนในที่สุด

การใช้ไมก้าอย่างมีประสิทธิผลสูงสุดจึงแตกต่างกันไปในแต่ละระดับ: สิ่งกีดขวางบางระหว่างเซลล์ แผงกั้นความร้อนและไฟฟ้าขนาดใหญ่รอบโมดูล และฉนวนกันไฟที่ฝาบรรจุภัณฑ์ ผนัง บัสบาร์ และส่วนต่อประสานที่สำคัญอื่นๆ ไมกาไม่ใช่วัสดุทำความเย็นแบบแอคทีฟ บทบาทหลักคือการชะลอการถ่ายเทความร้อน รักษาการแยกอิเล็กทริก และปกป้องโครงสร้างโดยรอบในระหว่างเหตุการณ์อุณหภูมิสูงผิดปกติ

ไมก้าใช้ในระดับเซลล์อย่างไร?

เมื่อเซลล์สองเซลล์ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา การถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวสู่พื้นผิวโดยตรงสามารถช่วยให้เซลล์ที่ล้มเหลวสามารถให้ความร้อนแก่เพื่อนบ้านอย่างรวดเร็ว และเพิ่มความเสี่ยงของการแพร่กระจายความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์

วิธีแก้ไขคือการติดตั้งแผ่นไมกาบางๆ ลามิเนตไมก้า หรือแผ่นกั้นที่ทำจากไมก้าที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกัน ซึ่งสถาปัตยกรรมของแบตเตอรี่ต้องการการแยกความร้อนและไดอิเล็กทริก สิ่งกีดขวางนี้สร้างความต้านทานความร้อนเพิ่มเติมในขณะที่ยังคงความเป็นฉนวนไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวเซลล์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและโครงสร้างโดยรอบ

ลามิเนตไมก้าและไมกาแข็งถูกใช้เป็นตัวกั้นระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ เนื่องจากยังคงความสามารถในการเป็นฉนวนไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง และสามารถช่วยชะลอการถ่ายเทความร้อนในระหว่างเหตุการณ์ความร้อน^[1]

ไมการะดับเซลล์ใช้งานได้จริงโดยเฉพาะกับโครงร่างแบบแท่งปริซึมและแบบเซลล์กระเป๋า โดยที่พื้นผิวเรียบขนาดใหญ่หันหน้าเข้าหากัน สถาปัตยกรรมเซลล์ทรงกระบอกอาจใช้สิ่งกีดขวางที่มีรูปทรง ปลอกหุ้ม วงแหวน ตัวเว้นระยะ หรือวัสดุการแพร่กระจายความร้อนอื่นๆ ขึ้นอยู่กับระยะห่างของเซลล์และทิศทางการระบายอากาศ

ไมกาไม่ควรปิดกั้นเส้นทางระบายอากาศของเซลล์ที่ออกแบบไว้ สิ่งกีดขวางที่ชะลอการแพร่กระจายความร้อนด้านข้าง แต่เปลี่ยนเส้นทางก๊าซร้อนไปยังส่วนประกอบที่สำคัญอื่น ๆ สามารถสร้างโหมดความล้มเหลวที่แตกต่างกันได้

ไมก้าถูกใช้ในระดับโมดูลอย่างไร?

แม้ว่าแต่ละเซลล์จะมีแผงกั้นความร้อน เหตุการณ์ที่รุนแรงยังคงอาจทำให้เฟรมโมดูล บัสบาร์ แผ่นปลาย กลุ่มเซลล์ใกล้เคียง และอุปกรณ์ไฟฟ้าสัมผัสกับความร้อนสูงได้

วิธีแก้ปัญหาคือการใช้ส่วนประกอบไมก้าที่มีขนาดใหญ่กว่าเป็นแผงกั้นด้านข้างโมดูล ฉนวนแผ่นปิด ฉนวนบัสบาร์ การป้องกันด้านบน และการแยกความร้อนระหว่างกลุ่มเซลล์ ในระดับนี้ ไมกาไม่ได้ปกป้องเพียงส่วนต่อประสานของเซลล์เดียวอีกต่อไป มันกลายเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมการแพร่กระจายความร้อนและฉนวนไฟฟ้าของโมดูล

โดยทั่วไปส่วนประกอบไมก้าจะใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าระหว่างเซลล์ โมดูล และชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับแผงกั้นความร้อนและการป้องกันไฟภายในระบบแบตเตอรี่ EV^[2]

การเลือกวัสดุระดับโมดูลควรพิจารณาการบีบอัดด้วย สถาปัตยกรรมแบตเตอรี่บางชนิดจำเป็นต้องมีการควบคุมแรงกดบนถุงหรือเซลล์แบบแท่งปริซึม ซึ่งหมายความว่าแผ่นไมกาแข็งอาจใช้ร่วมกับแผ่นที่เป็นไปตามข้อกำหนดมากกว่า แทนที่จะให้ทั้งการป้องกันอัคคีภัยและการจัดการการบีบอัดด้วยตัวมันเอง

ไมก้าถูกใช้ในระดับแพ็คอย่างไร?

หากมีเหตุการณ์ความร้อนเล็ดลอดออกมาจากโมดูล ก๊าซร้อน เปลวไฟ อนุภาค และความร้อนจากการแผ่รังสีสามารถโจมตีฝาแบตเตอรี่ ผนังตู้ บัสบาร์ไฟฟ้าแรงสูง สายไฟ ขั้วต่อ หรือโครงสร้างของยานพาหนะในบริเวณใกล้เคียง

วิธีแก้ปัญหาคือการใช้แผ่นไมกาที่ใหญ่ขึ้นและส่วนประกอบที่มีรูปทรงรอบๆ ขอบเขตบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญ ซึ่งรวมถึงด้านล่างของฝาบรรจุภัณฑ์ ผนังปริมณฑล อินเทอร์เฟซระหว่างโมดูลต่อโมดูล ขอบเขตบัสบาร์ และส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูง ไมการะดับแพ็คเป็นตัวกั้นความร้อนและไดอิเล็กทริกขั้นสุดท้ายระหว่างโซนความล้มเหลวภายในของแบตเตอรี่กับตัวเครื่องหรือยานพาหนะ

การใช้งานในอุตสาหกรรม ได้แก่ แผงกั้นเซลล์และโมดูล ฉนวนรอบขอบด้านในของชุดแบตเตอรี่ การป้องกันฝาแพ็ค และฉนวนไมก้ายืดหยุ่นรอบส่วนประกอบ เช่น บัสบาร์และสายไฟ^[3]

โดยทั่วไประดับบรรจุภัณฑ์ต้องการการครอบคลุมพื้นผิวที่ใหญ่กว่าสิ่งกีดขวางระดับเซลล์ ดังนั้นน้ำหนัก ความหนา การยึด ความต้านทานการสั่นสะเทือน การตัดออก ช่องระบายอากาศ และความทนทานต่อการประกอบจึงมีความสำคัญมากขึ้น

การเพิ่มแผ่นไมกาที่หนาที่สุดทุกที่ไม่ใช่การออกแบบที่ปลอดภัยที่สุดโดยอัตโนมัติ แผงกั้นความร้อนต้องทำงานร่วมกับช่องระบายแก๊ส ระบบระบายแรงดัน แผ่นทำความเย็น ช่องว่างทางไฟฟ้า ความสามารถในการซ่อมบำรุง และมวลบรรจุภัณฑ์โดยรวม

อะไรคือความแตกต่างระหว่างไมการะดับเซลล์ โมดูล และระดับแพ็ค?

การใช้ความหนาและรูปทรงไมกาเท่ากันในทุกระดับแบตเตอรี่สามารถเพิ่มมวลที่ไม่จำเป็น ในขณะที่ยังคงปล่อยให้เส้นทางความร้อนที่สำคัญที่สุดไม่ได้รับการปกป้องอย่างเพียงพอ

วิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องคือเลือกไมก้าตามโหมดความล้มเหลวในแต่ละสถานที่ แทนที่จะมองว่าเป็นแผ่นฉนวนแบตเตอรี่สากลแผ่นเดียว แผงกั้นเซลล์ให้ความสำคัญกับการควบคุมการแพร่กระจายในพื้นที่ แผงกั้นโมดูลปกป้องโซนไฟฟ้าและโครงสร้างขนาดใหญ่ และแผงกั้นแพ็คช่วยปกป้องกล่องหุ้มและส่วนต่อประสานของยานพาหนะ

ตรรกะการออกแบบที่เรียบง่ายคือ:

ระดับเซลล์: หยุดความร้อนที่เคลื่อนเข้าสู่เซลล์ข้างเคียงโดยตรง
ระดับโมดูล: ป้องกันไม่ให้กลุ่มเซลล์หนึ่งกระทบต่อโมดูลทั้งหมด
ระดับแพ็ค: ป้องกันความร้อนและเปลวไฟระดับโมดูลไม่ให้โจมตีตัวเครื่องและยานพาหนะโดยรอบ

ควรเลือกความหนาของไมก้าอย่างไร?

แผ่นไมกาที่บางเกินไปอาจไม่สามารถหน่วงความร้อนได้เพียงพอ ในขณะที่แผ่นไมกาที่หนาโดยไม่จำเป็นจะทำให้น้ำหนักบรรจุภัณฑ์ ต้นทุน ความสูงของกองซ้อน และความยากในการประกอบเพิ่มขึ้น

วิธีแก้ปัญหาคือการกำหนดความหนาผ่านการทดสอบการแพร่กระจายความร้อน ข้อกำหนดไดอิเล็กทริก ข้อจำกัดทางกล เวลาสัมผัส และตำแหน่งของสิ่งกีดขวาง ไม่มีความหนาไมกาใดที่เหมาะกับแบตเตอรี่ EV ทุกก้อน

โครงสร้างที่จำเป็นขึ้นอยู่กับเคมีของเซลล์ รูปแบบของเซลล์ พลังงานที่เก็บไว้ ระยะห่าง ฟลักซ์ความร้อนที่คาดหวัง ทิศทางของก๊าซระบาย อุณหภูมิที่อนุญาตในด้านที่มีการป้องกัน เกรดไมกา ระบบสารยึดเกาะ และขึ้นอยู่กับว่าวัสดุนั้นถูกใช้เพียงลำพังหรือเป็นส่วนหนึ่งของแผงกั้นหลายชั้น

ด้วยเหตุนี้ การเลือกวัสดุควรขึ้นอยู่กับการทดสอบแบตเตอรี่แบบตัวแทน แทนที่จะระบุเพียง 'ไมกา 1 มม.' หรือ 'ไมกา 2 มม.' จากแค็ตตาล็อกทั่วไป

ไมกาควรเปลี่ยน Airgel หรือซิลิโคนโฟมหรือไม่

การรักษาไมกา แอโรเจล และโฟมซิลิโคนเป็นวัสดุที่ใช้แทนกันได้สามารถสร้างประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ไม่ดี เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิดสามารถแก้ปัญหาฉนวน การบีบอัด การปิดผนึก และการป้องกันอัคคีภัยที่แตกต่างกัน

วิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่ามักเป็นการออกแบบหลายชั้น โดยที่ไมก้าให้การป้องกันอิเล็กทริกและเปลวไฟที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่วัสดุอื่นมีค่าการนำความร้อน การรองรับ การกันกระแทก หรือการปิดผนึกต่ำ ควรเลือกการผสมวัสดุตามสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่จริงและผลการทดสอบการใช้งานในทางที่ผิด

ไมก้ามีประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีที่จำเป็นต้องมีแผงกั้นความร้อนและฉนวนไฟฟ้า วัสดุที่ใช้แอโรเจลสามารถให้ค่าการนำความร้อนต่ำมาก ในขณะที่โฟมซิลิโคนสามารถให้แรงอัดกลับคืนและที่พักช่องว่างได้

ไม่ควรคาดหวังว่าวัสดุชนิดใดชนิดหนึ่งจะสามารถทำงานได้ทุกฟังก์ชันของแบตเตอรี่

สิ่งที่ควรตรวจสอบก่อนออกแบบชิ้นส่วนแบตเตอรี่ไมกา

การสั่งซื้อแผ่นไมก้าแบนก่อนยืนยันรูปทรงของแบตเตอรี่อาจส่งผลให้ช่องระบายอากาศถูกปิดกั้น ช่องว่างในการประกอบไม่ดี วัสดุแตกร้าว ทางเดินความร้อนไม่มีฝาปิด หรือการรบกวนบัสบาร์และโครงสร้างการทำความเย็น

วิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องคือการออกแบบส่วนประกอบไมกาจากเซลล์ โมดูล หรือ Pack CAD จริงและสถานการณ์การหนีความร้อน ควรกำหนดความหนา การตัดออก รู ระยะห่างของขอบ ข้อกำหนดในการดัดงอ กาว วิธีการติดตั้ง ข้อกำหนดไดอิเล็กทริก และพิกัดความเผื่อมิติที่อนุญาตก่อนการตัดต้นแบบ

ข้อมูลทางวิศวกรรมที่จะให้:

ส่งรูปแบบเซลล์ ตำแหน่งไมกา การเขียนแบบ CAD ช่วงความหนาที่ต้องการ ขนาดสูงสุด เป้าหมายไดอิเล็กทริก เป้าหมายกั้นความร้อน ข้อกำหนดด้านกาว ข้อกำหนดในการบีบอัด อุณหภูมิในการทำงาน และข้อกำหนดการทดสอบการใช้แบตเตอรี่ในทางที่ผิดที่เกี่ยวข้อง

แผงกั้นความร้อนไมกาควรได้รับการตรวจสอบความถูกต้องอย่างไร

แผ่นไมกาสามารถทนต่อการทดสอบเปลวไฟในห้องปฏิบัติการ แต่ยังคงล้มเหลวภายในแบตเตอรี่ หากอนุภาคร้อนผ่านสิ่งกีดขวาง ข้อต่อเปิดระหว่างการสั่นสะเทือน หรือการถ่ายเทความร้อนผ่านขอบและตัวยึดที่ไม่มีฝาปิด

วิธีแก้ปัญหาคือการตรวจสอบทั้งวัสดุและสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่ที่ประกอบภายใต้สภาวะการหนีความร้อน ไฟฟ้า เครื่องกล และสภาพแวดล้อมที่เป็นตัวแทน ความสามารถในการติดไฟของวัสดุเพียงอย่างเดียวไม่ได้แสดงให้เห็นว่าการออกแบบเซลล์ โมดูล หรือแพ็คสามารถควบคุมการแพร่กระจายความร้อนได้

UL Solutions ทำการทดสอบการใช้แบตเตอรี่ EV ในทางที่ผิด ไฟ และการแพร่กระจายความร้อน และแสดงรายการมาตรฐานต่างๆ รวมถึง UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 และ UNECE R100 ในกลุ่มกรอบการทดสอบแบตเตอรี่ที่ใช้กันทั่วไป^[4]

ISO 6469-1 ระบุข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับระบบกักเก็บพลังงานแบบชาร์จได้ที่ใช้ในยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ในขณะที่ UNECE ดำเนินการตามกฎระเบียบหมายเลข 100 กล่าวถึงการแพร่กระจายความร้อนและการป้องกันผู้โดยสารจากเหตุการณ์แบตเตอรี่ที่เป็นอันตรายโดยเฉพาะ^[5][6]

ต้องการแผ่นไมกาแบบกำหนดเองสำหรับแบตเตอรี่ EV หรือไม่

สำหรับการตรวจสอบต้นแบบ ให้เตรียมเซลล์ โมดูล หรือแพ็ค CAD ตำแหน่งการติดตั้งไมก้า เป้าหมายความหนา ข้อกำหนดไดอิเล็กทริก เป้าหมายหนีความร้อน ขนาดสูงสุด การตัดออก การสร้างกาว ปริมาณตัวอย่าง และความต้องการรายปี

การกำหนดระดับการติดตั้งที่แน่นอนก่อนช่วยให้เลือกเกรดไมกา ความหนา รูปทรง และกระบวนการผลิตที่ถูกต้องได้ง่ายขึ้นมาก

คำถามที่พบบ่อย

ไมก้าใช้ทำอะไรในแบตเตอรี่ EV?

ไมกาส่วนใหญ่จะใช้สำหรับฉนวนไฟฟ้าอุณหภูมิสูง แผงกั้นความร้อน การป้องกันอัคคีภัย และการควบคุมการแพร่กระจายความร้อนรอบๆ เซลล์ โมดูล บัสบาร์ และโครงสร้างแบตเตอรี่

ไมก้าสามารถวางระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ได้หรือไม่?

ใช่. แผ่นไมกาบางหรือแผงกั้นไมกาที่ออกแบบพิเศษสามารถติดตั้งระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกันได้ ซึ่งการออกแบบแบตเตอรี่จำเป็นต้องมีการแยกอิเล็กทริกเพิ่มเติมและความต้านทานการแพร่กระจายความร้อน

ไมกาถูกใช้ในโมดูลแบตเตอรี่ที่ไหน?

ตำแหน่งทั่วไป ได้แก่ ขอบเขตกลุ่มเซลล์ ผนังด้านข้างโมดูล แผ่นปลาย บัสบาร์ การป้องกันด้านบน และโครงสร้างนำไฟฟ้าที่ต้องการการแยกอิเล็กทริก

ไมกาถูกใช้ในชุดแบตเตอรี่ที่ไหน?

สามารถใช้ไมกาใต้ฝาบรรจุภัณฑ์ ตามแนวผนังตู้ ระหว่างโมดูล รอบบัสบาร์และส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูง และในสถานที่อื่นๆ ที่ต้องใช้แผงกั้นความร้อนหรือไฟฟ้า

ไมกาหยุดการหนีความร้อนหรือไม่?

ไม่มีวัสดุใดสามารถรับประกันได้ว่าจะไม่เกิดการหนีความร้อน ไมก้าถูกใช้เป็นตัวกั้นเชิงรับเพื่อชะลอการถ่ายเทความร้อน รักษาฉนวน และช่วยลดหรือชะลอการแพร่กระจายไปยังส่วนประกอบข้างเคียง

ไมกาที่หนากว่าจะดีกว่าเสมอสำหรับแบตเตอรี่ EV หรือไม่?

ไม่ ความหนาที่มากขึ้นสามารถปรับปรุงความสามารถในการกั้นในการออกแบบบางแบบ แต่ยังเพิ่มน้ำหนัก พื้นที่บรรจุภัณฑ์ ต้นทุน และความยากในการประกอบอีกด้วย ความหนาต้องได้รับการตรวจสอบสำหรับสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่เฉพาะ

ควรทดสอบไมกาที่ระดับเซลล์ โมดูล หรือแพ็คหรือไม่

ระดับการตรวจสอบขั้นสุดท้ายควรสะท้อนถึงวิธีการใช้วัสดุ การคัดกรองระดับเซลล์มีประโยชน์ แต่อาจยังจำเป็นต้องมีการทดสอบระดับโมดูลและแพ็ค เนื่องจากเส้นทางการแพร่กระจาย ก๊าซระบาย รูปทรงของตู้ และส่วนประกอบใกล้เคียงเปลี่ยนพฤติกรรมของระบบ

มุมมองส่วนประกอบแบตเตอรี่รถยนต์ 15 ปี

จากประสบการณ์ 15 ปีของประสบการณ์การผลิตชิ้นส่วนยานยนต์และชุดสายไฟ ฉันไม่ได้เลือกไมกาตามระดับอุณหภูมิหรือความหนาเพียงอย่างเดียว คำถามแรกคือตำแหน่งของชิ้นส่วนเสมอ: เซลล์ โมดูล หรือแพ็ค

แผงกั้นเซลล์จะต้องควบคุมการถ่ายเทความร้อนในท้องถิ่นโดยไม่รบกวนการระบายอากาศ สิ่งกีดขวางโมดูลจะต้องป้องกันส่วนต่อประสานทางไฟฟ้าและโครงสร้าง และแผงกั้นจะต้องป้องกันสิ่งที่แนบมาและยานพาหนะโดยรอบ การออกแบบที่เชื่อถือได้มาจากการจับคู่เกรดไมกา ความหนา รูปร่าง วิธีการยึด และการทดสอบการตรวจสอบกับเส้นทางความล้มเหลวที่แน่นอน

การอ้างอิงที่เชื่อถือได้

[1] Elmelin — ฉนวนไมกาเพื่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ EV และอุปสรรคของเซลล์

[2] Elmelin — ส่วนประกอบไมกาสำหรับฉนวนความร้อนและไฟฟ้าของแบตเตอรี่

[3] Electrolock - การป้องกันความร้อนในแบตเตอรี่ EV: บทบาทของไมกา

[4] โซลูชัน UL — การทดสอบการใช้แบตเตอรี่ EV ในทางที่ผิด ไฟ และการแพร่กระจายความร้อน

[5] ISO — ISO 6469-1:2019 ยานพาหนะบนถนนที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ความปลอดภัยของระบบจัดเก็บพลังงานแบบชาร์จได้

[6] UNECE — ระเบียบสหประชาชาติหมายเลข 100 งานการขยายพันธุ์ด้วยความร้อน