Аерогель проти слюди: що краще для теплового захисту акумулятора електромобіля?

Вибір неправильного теплового бар’єру може дозволити теплу від одного несправного літій-іонного елемента швидше досягати сусідніх елементів, збільшуючи ризик розповсюдження тепла від клітини до клітини.

Аерогель, як правило, кращий, коли пріоритетом конструкції є максимальна теплоізоляція в тонкому, легкому шарі, тоді як слюда є міцнішою, коли пріоритетами є електрична ізоляція, структурна стабільність і високотемпературний бар’єр. Для багатьох акумуляторних блоків електромобілів найкращим рішенням є не універсальний вибір одного матеріалу, а використання кожного з них там, де його властивості вирішують певний термічний та електричний ризик.

У чому основна різниця між аерогелем і слюдою?

Погляд на аерогель і слюду як на взаємозамінні ізоляційні матеріали може призвести до непотрібної товщини, ваги, вартості або недостатнього захисту в критичних місцях всередині акумуляторної батареї.

Вибирайте аерогель насамперед для теплоізоляції, а слюду – для надійних термоелектричних бар’єрів. Високопориста структура аерогелю надзвичайно ефективно пригнічує передачу тепла, тоді як слюда забезпечує чудові діелектричні властивості та зберігає стабільність розмірів за суворих температур.

Ця відмінність стає особливо важливою під час теплової розбігу. UL Solutions зазначає, що перегрівання батареї електромобіля може включати надзвичайно високі температури, полум’я, тиск і викинуті частинки, тобто при виборі матеріалу слід враховувати більше, ніж одне значення теплопровідності.^[1]

Чи кращий аерогель для теплового захисту від клітини до клітини?

Без достатньої ізоляції між щільно розташованими комірками тепло, що виділяється однією несправною коміркою, може швидко переходити в сусідні комірки та сприяти поширенню через модуль.

Бар'єри на основі аерогелю особливо привабливі там, де інженерам потрібен сильний термічний опір при мінімальній товщині та вазі. Їхня пориста структура обмежує теплопровідність твердих і газоподібних речовин, дозволяючи відносно тонким бар’єрам уповільнювати передачу тепла між сусідніми поверхнями.

Це робить аерогель особливо актуальним для міжклітинних бар’єрів у модулях з високою щільністю енергії , де кожен міліметр пакувального простору має значення.

Коли слюда краще аерогелю?

Однієї теплоізоляції може бути недостатньо навколо шин, високовольтних з’єднань, кришок модулів та інших місць, де електрична ізоляція та механічна стабільність однаково важливі.

Слюда часто є сильнішим вибором, коли компонент повинен забезпечувати як високотемпературний бар’єр, так і надійну діелектричну ізоляцію. Його можна переробити в листи та вирізані на замовлення деталі для модулів, збірних шин, корпусів та високовольтних ізоляційних конструкцій.

Це робить слюду особливо корисною поблизу високовольтних шин, з’єднувачів, електричних інтерфейсів, меж модулів і зон захисту на рівні упаковки.

Аерогель проти слюди: який матеріал працює краще?

Вибір матеріалів за єдиною специфікацією, такою як максимальна температура, може приховати важливі відмінності в теплопровідності, поведінці при стисненні, діелектричних характеристиках, товщині та механічній міцності.

Порівняйте матеріали відповідно до їхньої фактичної функції всередині акумуляторної батареї, а не шукайте одного універсального переможця. Вимоги до сепаратора комірок дуже відрізняються від вимог до шинного бар’єру високої напруги або компоненту ізоляції корпусу.

Чи можна використовувати аерогель і слюду разом?

Змусити один ізоляційний матеріал виконувати всі теплові, електричні та механічні функції може створити неефективну батарею та збільшити вартість матеріалів без покращення безпеки.

Гібридна ізоляційна архітектура може використовувати аерогель поблизу комірок і слюду навколо електрично або механічно складних зон. Це дозволяє інженерам використовувати аерогель там, де термічний опір на одиницю товщини має найбільше значення, а слюду — там, де характеристики діелектрика та структурного бар’єру стають критичними.

Наприклад, модуль батареї може використовувати аерогелевий композит між осередками , тоді як штамповані слюдяні компоненти навколо шин, високовольтних з’єднань, кришок модулів або інтерфейсів корпусів.

Як інженерам вибрати між аерогелем і слюдою?

Вибір теплового бар’єру до розуміння хімії клітини, поведінки розповсюдження, наявного зазору, навантаження на стиснення, напруги та навколишніх компонентів може призвести до дорогого перепроектування після тестування модуля.

Спочатку визначте сценарій відмови, а потім виберіть матеріал і товщину відповідно до необхідних теплових, електричних і механічних характеристик. Зрештою, частини прототипу повинні бути перевірені на відповідних рівнях комірки, модуля та пакету.

UL Solutions проводить випробування на поширення тепла батареї EV від елемента до рівня упаковки та оцінює ефективність бар’єрів для запобігання розповсюдженню та ізоляційних матеріалів.^[2] SAE J2464 також стосується перевірки зловживань акумуляторами електричних і гібридних автомобілів за умов, що виходять за межі їх нормального робочого діапазону.^[3]

Потрібен спеціальний аерогель або деталі зі слюди для проекту електричної батареї?

Fuqiang може підтримувати індивідуальні компоненти ізоляції батареї відповідно до вашої комірки, модуля, пакета, збірної шини, роз’єму та схеми високовольтної проводки. Надішліть нам свій креслення, необхідну товщину, робочу температуру, напругу та місце установки для вибору матеріалу або оцінки зразка.

FAQ

Чи кращий аерогель за слюду для акумуляторів електромобілів?

Не повсюдно. Аерогель, як правило, міцніший для високоефективної теплоізоляції, тоді як слюда особливо цінна, коли також потрібні електрична ізоляція та структурний термобар’єр.

Де використовується аерогель в акумуляторі EV?

Аерогелеві композити зазвичай розглядаються для місць із щільним тепловим бар’єром, наприклад між елементами батареї або навколо модулів , де обмеження теплопередачі є критичним.

Де використовується слюда в акумуляторах електромобілів?

Компоненти зі слюди можна використовувати навколо модулів, збірних шин, високовольтних з’єднань, кришок батарей та інтерфейсів корпусів, які потребують теплової та електричної ізоляції.

Чи може слюда зупинити перегріву акумулятора?

Слюда не зупиняє електрохімічне теплове розтікання, що відбувається всередині несправної клітини. Він може бути частиною бар’єрної системи, призначеної для затримки поширення тепла та полум’я на навколишні компоненти.

Чи може аерогель повністю запобігти розповсюдженню теплового диференціалу?

Не можна вважати, що жоден матеріал повністю запобігає розповсюдженню без перевірки на системному рівні. Ефективність бар’єру залежить від конструкції матеріалу, товщини, хімічного складу клітин, відстані, стиснення, теплового потоку, вентиляції та архітектури упаковки.

15-річна перспектива автомобільних джгутів

Після 15 років роботи з автомобільними джгутами та електричними системами електромобілів я бачу ізоляцію батареї як частину повної високовольтної архітектури, а не як окреме важливе рішення. Аерогель може контролювати передачу тепла навколо клітин, тоді як слюда може забезпечити надійне теплове та електричне розділення навколо шин, роз’ємів високої напруги та інтерфейсів проводки.

Тому найкращим матеріалом є не просто аерогель або слюда. Це матеріал, товщина, геометрія та розташування, які правильно відповідають дійсному режиму несправності акумулятора.

Авторитетні посилання

[1] Рішення UL — Оцінка теплового розбігу акумуляторних батарей (BETR).

[2] Рішення UL — зловживання батареями електромобілів, тестування на вогонь, температуру та продуктивність

[3] SAE International — J2464 Тестування акумулятора електромобіля на зловживання