ฉนวน Airgel ควรหนาแค่ไหนระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ EV

ถ้าแผงกั้นแอโรเจลบางเกินไป ความร้อนจากเซลล์ที่เสียหายสามารถไปถึงเพื่อนบ้านได้เร็วเกินไป หากมีความหนาโดยไม่จำเป็น แพ็คจะสูญเสียปริมาตรเซลล์อันมีค่า เพิ่มต้นทุน และอาจเปลี่ยนแปลงการบีบอัดเซลล์ได้

ไม่มีความหนาของแอโรเจลสากลสำหรับแบตเตอรี่ EV ต้องเลือกค่าที่ถูกต้องจากเคมีของเซลล์ พลังงานความร้อนที่หนีออกไป ช่องว่างที่มีอยู่ การบีบอัด อุณหภูมิด้านการป้องกันที่อนุญาต และผลการตรวจสอบความถูกต้องของโมดูล สำหรับเซลล์แบบแท่งปริซึมและเซลล์แบบถุง แผงกั้นเชิงวิศวกรรมมักจะมีความหนาเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แต่ค่าสุดท้ายจะต้องได้รับการพิสูจน์ในสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่จริง

มีความหนาของ Aerogel มาตรฐานสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ EV หรือไม่

การใช้กฎตายตัว เช่น 'แอโรเจล 2 มม. ก็เพียงพอสำหรับแบตเตอรี่ทุกก้อน' สามารถปกป้องเซลล์พลังงานสูงหรือพื้นที่สิ้นเปลืองในโมดูลที่มีความเสี่ยงต่ำกว่าได้

วิธีแก้ไขที่ถูกต้องคือการกำหนดความหนาจากความต้านทานความร้อนที่ต้องการภายใต้สภาวะการบีบอัดจริง รูปแบบของเซลล์ เคมี พลังงานที่สะสมไว้ ระยะห่าง ทิศทางการระบายอากาศ แรงอัด การสร้างสิ่งกีดขวาง และอุณหภูมิที่อนุญาตบนเซลล์ข้างเคียง ล้วนส่งผลต่อผลลัพธ์

Aspen Aerogels ระบุว่าแผงกั้นเซลล์ในยานยนต์ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับเป้าหมายเฉพาะ เช่น การนำความร้อน ความหนา และการตอบสนองแรงอัด ซึ่งตอกย้ำว่าความหนาของแผงกั้นเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ไม่ใช่ตัวเลขสากล^[1]

แผงกั้น Airgel ขนาด 2–3 มม. เพียงพอหรือไม่

การอ้างอิงผลการทดสอบที่ประสบความสำเร็จ 2–3 มม. โดยไม่คำนึงถึงขนาดของเซลล์ การบีบอัด เส้นทางความร้อน และการระบายอากาศ อาจสร้างความมั่นใจที่ผิดพลาดในชุดแบตเตอรี่ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

ในทางเทคนิคแล้ว ระยะไม่กี่มิลลิเมตรสามารถใช้งานได้ในการออกแบบเซลล์แบบแท่งปริซึมหรือแบบเซลล์กระเป๋า แต่เมื่อการทดสอบโมดูลเสร็จสมบูรณ์จะยืนยันความล่าช้าในการแพร่กระจายที่จำเป็นเท่านั้น ความหนาไม่สามารถแยกออกจากการกำหนดวัสดุและสถานะการบีบอัดได้

แอสเพนเผยแพร่ตัวอย่างโมดูลขนาดเล็กหนึ่งตัวอย่างโดยใช้ สิ่งกีดขวาง PyroThin ขนาด 2.35 มม. ที่ถูกบีบอัดให้มีความเครียดประมาณ 50% ระหว่างเซลล์ปริซึมขนาด 62 Ah สองเซลล์ ในการทดสอบเฉพาะนั้น เซลล์ข้างเคียงไม่ได้เข้าสู่การไหลเวียนของความร้อน แต่แอสเพนยังตั้งข้อสังเกตด้วยว่าโมดูลขนาดเล็กได้แยกเส้นทางความร้อนทุติยภูมิบางส่วนที่พบในชุดจริง^[2]

ผลลัพธ์ 2.35 มม. นั้นจึงเป็นตัวอย่างทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์ ไม่ใช่ข้อกำหนด EV สากล

การบีบอัดจะเปลี่ยนความหนาที่ต้องการได้อย่างไร?

สิ่งกีดขวางที่เลือกโดยความหนาที่ไม่มีการบีบอัดอาจทำงานแตกต่างออกไปอย่างมากเมื่อเซลล์ขยายตัวและโมดูลบีบอัดวัสดุตลอดอายุการใช้งานของยานพาหนะ

วิธีแก้ไขคือการประเมินความหนาอัดและประสิทธิภาพทางความร้อนทั้งจุดเริ่มต้นและสิ้นสุดอายุการใช้งาน เซลล์แบบแท่งปริซึมและแบบกระเป๋าสามารถเปลี่ยนขนาดได้ในระหว่างการปั่นจักรยาน ดังนั้นแผงกั้นอาจทำหน้าที่เป็นแผ่นบีบอัดในขณะที่ยังคงความต้านทานความร้อนอยู่

แอสเพนระบุประสิทธิภาพเชิงกล ความล้าของการบีบอัด และการนำความร้อนภายใต้การบีบอัดโดยเฉพาะ ว่าเป็นปัจจัยการออกแบบที่สำคัญสำหรับอุปสรรคระหว่างเซลล์ถึงเซลล์^[3]

ปัจจัยอะไรเป็นตัวกำหนดความหนาของแอโรเจล

การเลือกความหนาจากการนำความร้อนเพียงอย่างเดียวจะไม่สนใจเส้นทางความร้อนอื่นๆ และข้อจำกัดทางกลที่สามารถครอบงำการแพร่กระจายความร้อนที่เกิดขึ้นจริงได้

วิศวกรควรประเมินส่วนต่อประสานระหว่างเซลล์กับเซลล์ที่สมบูรณ์ก่อนที่จะแช่แข็งความหนาของแผงกั้น ข้อมูลที่สำคัญที่สุดแสดงอยู่ด้านล่าง

ทำไมไม่ใช้ Airgel Barrier ที่หนากว่านี้ล่ะ

การเพิ่มขนาดแผงกั้นเซลล์ทุกขนาดจะช่วยลดความหนาแน่นของพลังงานของแพ็ค เพิ่มขนาดและต้นทุนของโมดูล และรบกวนระบบการบีบอัดเซลล์ที่ต้องการ

วิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องคือการใช้โครงสร้างขั้นต่ำที่ผ่านการตรวจสอบแล้วซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านการแพร่กระจายความร้อนและกลไกโดยมีระยะขอบการออกแบบที่เพียงพอ ในแพ็ค EV ที่มีปริมาณมาก แม้แต่เสี้ยววินาทีเพิ่มเติมของมิลลิเมตรที่ทำซ้ำในอินเทอร์เฟซของเซลล์หลายสิบหรือหลายร้อยเซลล์ก็อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อขนาดของแพ็ค

นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่แอโรเจลมีความน่าสนใจในเรื่องของสิ่งกีดขวางระหว่างเซลล์: ผู้ผลิตสามารถสร้างความต้านทานความร้อนที่สูงมากให้เป็นโครงสร้างที่ค่อนข้างบางและน้ำหนักเบาได้^[4]

เคมีของเซลล์เปลี่ยนความหนาของแอโรเจลที่ต้องการหรือไม่

การใช้การออกแบบแผงกั้นแบบเดียวกันสำหรับ LFP, NMC และเคมีของเซลล์อื่นๆ สามารถมองข้ามความแตกต่างที่สำคัญในลักษณะการหนีความร้อน พลังงานของเซลล์ การระบายอากาศ และสถาปัตยกรรมแพ็ค

สิ่งกีดขวางควรปรับให้เข้ากับเคมีของเซลล์จริงและพฤติกรรมของเซลล์ทริกเกอร์ แอสเพนตั้งข้อสังเกตว่าแผงกั้นเซลล์ได้รับการออกแบบมาสำหรับเคมีหลายชนิด รวมถึง LFP, NMC และระบบโซลิดสเตตที่เกิดขึ้นใหม่ โดยมีโปรไฟล์ความหนาและความแข็งที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน^[5]

เคมีเป็นสิ่งสำคัญ แต่ไม่ใช่เพียงปัจจัยเดียวเท่านั้น ความจุของเซลล์ เรขาคณิต สถานะของประจุ ระยะห่าง การบีบอัด การทำความเย็น และโครงสร้างใกล้เคียง สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมการแพร่กระจายได้อย่างมาก

ควรเลือกความหนาของ Airgel ก่อนการทดสอบโมดูลหรือไม่

การแช่แข็งความหนาของการผลิตจากเอกสารข้อมูลวัสดุเพียงอย่างเดียวอาจนำไปสู่การออกแบบใหม่ที่มีราคาแพง หากการทดสอบระดับโมดูลเผยให้เห็นเส้นทางความร้อนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า การแผ่รังสี หรือก๊าซระบายที่ไม่ได้แสดงโดยการทดสอบคูปอง

ใช้การคำนวณวัสดุและการทดสอบระดับเซลล์เพื่อกำหนดความหนาเริ่มต้น จากนั้นตรวจสอบความถูกต้องของโครงสร้างที่สมบูรณ์ในระดับโมดูลหรือแพ็คก่อนที่จะปล่อยอนุกรม แบตเตอรี่จริงประกอบด้วยแถบ บัสบาร์ แผ่นทำความเย็น โครงสร้างการบีบอัด ช่องว่าง ตัวยึด ฉนวน และช่องระบายอากาศที่สามารถข้ามสิ่งกีดขวางหน้าเซลล์หลักได้

แอสเพนระบุในทำนองเดียวกันว่าโมดูลและชุดแบตเตอรี่เป็นระบบที่ซับซ้อน และไม่มีการทดสอบประสิทธิภาพการทำงานของแผงกั้นเซลล์แบบใดขนาดหนึ่งไปจนหมดอายุการใช้งาน^[3]

ความหนาของ Airgel ส่งผลต่อบัสบาร์และการเดินสายไฟแบตเตอรี่อย่างไร

การเพิ่มความหนาของสิ่งกีดขวางเซลล์โดยไม่ตรวจสอบบรรจุภัณฑ์ทางไฟฟ้าโดยรอบสามารถเปลี่ยนขนาดสแต็กโมดูล และสร้างความเครียดเพิ่มเติมบนบัสบาร์ สายตรวจจับ ขั้วต่อ หรือการกำหนดเส้นทางสายรัดไฟฟ้าแรงสูง

วิธีแก้ไขที่ถูกต้องคือการตรวจสอบความหนาของแอโรเจลร่วมกับระบบเชื่อมต่อไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงระยะห่างของเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงรูปทรงของบัสบาร์ ความยาวสายตรวจจับ BMS ตำแหน่งตัวเชื่อมต่อ ระยะห่างของฉนวน และการกำหนดเส้นทางของสายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูงรอบๆ โมดูล

ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงสิ่งกีดขวางทางความร้อนจึงไม่ควรถือเป็นการทดแทนวัสดุแบบแยกเดี่ยว ควรตรวจสอบระยะห่างของเซลล์ การบีบอัด ฉนวนไมกา บัสบาร์ แผ่นซิลิโคน สายไฟ BMS และส่วนเชื่อมต่อสายรัด HV ร่วมกันก่อนที่เครื่องมือจะถูกแช่แข็ง

จำเป็นต้องกำหนดสิ่งกีดขวางเซลล์ Airgel หรือไม่?

สำหรับการทบทวนทางวิศวกรรม ให้เตรียมเคมีของเซลล์ ความจุ ขนาดของเซลล์ ช่องว่างที่มีอยู่ ข้อกำหนดในการบีบอัด ช่วงความหนาของเป้าหมาย ทิศทางช่องระบายอากาศ ข้อกำหนดในการแพร่กระจายความร้อน โมดูล CAD และบัสบาร์โดยรอบหรือเค้าโครงสายไฟ

การประเมินตัวอย่างควรยืนยันทั้งประสิทธิภาพทางความร้อนและพฤติกรรมทางกลที่ถูกบีบอัดก่อนที่จะปล่อยความหนาในการผลิตขั้นสุดท้าย

คำถามที่พบบ่อย

ความหนาของแอโรเจลโดยทั่วไประหว่างเซลล์แบตเตอรี่ EV คืออะไร

ไม่มีความหนาสากล แผงกั้นเซลล์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอาจมีความหนาเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แต่ค่าสุดท้ายจะขึ้นอยู่กับวัสดุ การออกแบบเซลล์ การบีบอัด และประสิทธิภาพการแพร่กระจายความร้อนที่ต้องการ

Airgel 2 มม. เพียงพอระหว่างเซลล์แบตเตอรี่หรือไม่

อาจเพียงพอในบางแบบและไม่เพียงพอในบางแบบ ความหนาจะต้องได้รับการตรวจสอบโดยใช้เคมีของเซลล์ พลังงาน การบีบอัด เส้นทางความร้อน และสถาปัตยกรรมโมดูลที่เกิดขึ้นจริง

การอัดแอโรเจลช่วยลดการป้องกันความร้อนหรือไม่?

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแอโรเจล แผงกั้นเซลล์ของยานยนต์ควรมีลักษณะเฉพาะภายใต้สถานะการบีบอัดจริง เนื่องจากความเครียดทางกลเปลี่ยนความหนาและอาจส่งผลต่อพฤติกรรมทางความร้อน

Thicker Airgel ปลอดภัยกว่าเสมอหรือไม่?

ไม่ ความหนาที่เพิ่มขึ้นอาจปรับปรุงความต้านทานความร้อน แต่สามารถลดความหนาแน่นของพลังงานแพ็ค เปลี่ยนแปลงการบีบอัดเซลล์ เพิ่มต้นทุน และส่งผลต่อบัสบาร์หรือรูปทรงสายไฟ

ควรทดสอบ Airgel ที่ระดับเซลล์หรือโมดูลหรือไม่

ทั้งสองสามารถมีประโยชน์ การทดสอบระดับเซลล์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกั้นหน้าจอ แต่การตรวจสอบความถูกต้องระดับโมดูลและแพ็คเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากมีเส้นทางการถ่ายเทความร้อนและก๊าซระบายเพิ่มเติมในระบบแบตเตอรี่ที่สมบูรณ์

มุมมองแบตเตอรี่รถยนต์และชุดสายไฟ 15 ปี

จากประสบการณ์ด้านชิ้นส่วนยานยนต์และชุดสายไฟเป็นเวลา 15 ปี ฉันจะไม่ระบุแผงกั้นแอโรเจลเป็น '2 มม.' หรือ '3 มม.' ก่อนที่จะทำความเข้าใจปึกแบตเตอรี่

ความหนาที่ถูกต้องคือโครงสร้างขั้นต่ำที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว ซึ่งจะควบคุมการถ่ายเทความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์ ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการบีบอัด การบรรจุ บัสบาร์ ลวดตรวจจับ และการกำหนดเส้นทางไฟฟ้าแรงสูง ในชุดแบตเตอรี่ EV วัสดุระบายความร้อนและการเชื่อมต่อไฟฟ้าต้องได้รับการออกแบบร่วมกัน

การอ้างอิงที่เชื่อถือได้

[1] Aspen Aerogels — อุปสรรคความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์ PyroThin Airgel

[2] Aspen Aerogels — การทดสอบมินิโมดูลการแพร่กระจายความร้อนจากเซลล์สู่เซลล์

[3] Aspen Aerogels - การออกแบบแผงกั้นความร้อน การบีบอัด และการตรวจสอบความถูกต้อง

[4] Aspen Aerogels - การแพร่กระจายความร้อนและอุปสรรคจากเซลล์สู่เซลล์

[5] Aspen Aerogels - การใช้งานแผงกั้นความร้อนแบตเตอรี่ EV