Що таке аерогелеві ізоляційні прокладки для акумуляторів EV? Керівництво по тепловому бар'єру

Якщо елементи батареї електромобілів щільно упаковані без відповідного теплового бар’єру, один елемент, що перегрівається, може передати тепло сусіднім елементам, спровокувати поширення тепла, пошкодити акумуляторну батарею та створити серйозний ризик для пожежної безпеки.

Найефективнішим рішенням є розміщення аерогелевих ізоляційних прокладок акумулятора EV між осередками, модулями, зонами шин або гарячими точками на рівні пакета, щоб уповільнити передачу тепла, поглинути напругу стиснення та допомогти контролювати поширення тепла.

Аерогелеві ізоляційні прокладки для акумуляторів електромобілів — це надлегкі термозахисні матеріали, які використовуються в літій-іонних акумуляторах. Вони особливо цінні в пакетах електромобілів високої щільності, де кожен міліметр впливає на щільність енергії, безпеку та надійність збірки.

Джерело зображення: Ресурс розробки теплового бар’єру Aspen Aerogels PyroThin.^[1]

Що таке аерогелева ізоляційна прокладка для акумулятора EV?

Якщо термін «аерогелева прокладка» розглядати як звичайну пінопластову або губчасту ізоляцію, акумуляторна батарея може втратити критичний захист від передачі тепла, зміни стиснення та розповсюдження тепла.

Правильна відповідь полягає в тому, що аерогелева ізоляційна прокладка акумулятора електромобіля – це тонкий, легкий тепловий бар’єр, виготовлений з матеріалу на основі аерогелю та призначений для захисту літій-іонних елементів, модулів або пакетів.

Компанія Aspen Aerogels описує PyroThin як ультратонкий, легкий ізоляційний і протипожежний бар’єр, призначений для пом’якшення теплових перепадів на рівнях між комірками, модулями та пакетними бар’єрами.^[1] У практичній конструкції батареї ці прокладки розташовані там, де потрібно затримувати, блокувати або перенаправляти тепло.

Чому аерогелеві прокладки використовуються в акумуляторах електромобілів?

Якщо акумуляторна батарея з високим енергоспоживанням покладається лише на рідинне охолодження та моніторинг BMS, вона може виявити несправність, але все одно не зможе фізично уповільнити передачу тепла, коли клітина входить до теплового відтоку.

Кращим рішенням є поєднання активного терморегулювання з пасивними аерогелевими ізоляційними прокладками, щоб пакет мав як контроль моніторингу, так і фізичний опір розповсюдженню.

Теплова втеча – це не лише проблема температури; це проблема ланцюгової реакції. Хороша аерогелева прокладка дає акумуляторній батареї більше часу, зменшуючи теплопровідність від початкової клітини до сусідніх клітин.

Неправильно: якщо припустити, що одна охолоджувальна пластина може зупинити кожну термічну подію. Правильно: разом використовувати охолодження, вентиляцію, датчики, логіку BMS і аерогелеві бар’єри.

Як аерогелеві ізоляційні прокладки зупиняють теплообмін?

Якщо тепло надто швидко поширюється через блок батарей, сусідні елементи можуть досягти небезпечної температури, перш ніж BMS, охолоджувальна пластина або вентиляційний канал зможуть контролювати подію.

Прямим рішенням є використання нанопористої структури аерогелю для обмеження руху газу та зменшення кондуктивної теплопередачі через ізоляційний шар.

NASA пояснює, що аерогелі надзвичайно пористі, мають дуже низьку щільність і дуже ефективні для запобігання передачі тепла, оскільки їхні пори мають нанометровий діапазон.^[2] Це робить аерогель цінним там, де тонка ізоляція має працювати краще, ніж звичайна полімерна піна.

Джерело зображення: дослідження аерогелевого ізоляційного матеріалу NASA.^[2]

Що означає «серія» в серії акумуляторів електромобілів – аерогелеві ізоляційні прокладки?

Якщо 'серію' неправильно розуміти як спеціальний електричний компонент, можливо, неправильно вибрано колодку для неправильного місця всередині акумуляторної батареї.

Правильне тлумачення полягає в тому, що «ізоляційні прокладки серії акумуляторів EV» зазвичай стосуються аерогелевих прокладок, які використовуються в послідовно з’єднаних акумуляторних елементах або модулях, а не прокладок, які проводять послідовний струм.

Пакети EV містять елементи, з’єднані послідовно та паралельно для досягнення цільової напруги та ємності. Аерогелеві прокладки зазвичай є неструмопровідними термічними та механічними деталями, які розміщуються поблизу послідовного шляху комірок, стека модулів або бар’єрної структури пачки.

Чим аерогелеві прокладки відрізняються від слюди, піни чи керамічного волокна?

Якщо батарея електромобіля вибирається лише за ціною чи товщиною, блок може втратити баланс між блокуванням тепла, відновленням від стиснення, діелектричною міцністю, вагою та допуском на збірку.

Найкращим рішенням є порівняння аерогелю, слюди, піни та керамічного волокна за фактичним типом відмови: термічний відтік, набухання клітин, вібрація, електрична ізоляція, вплив полум’я або цільова вартість.

Аерогель зазвичай вибирають, коли упаковці потрібна міцна ізоляція в тонкій і легкій формі. Слюда має міцні діелектричні та вогнезахисні характеристики, піна корисна для стиснення та поглинання допуску, а керамічне волокно використовується там, де має значення надзвичайна термостійкість.

Де в акумуляторному модулі електромобіля встановлені аерогелеві прокладки?

Якщо аерогелеві прокладки розміщені випадковим чином без урахування теплового потоку, напрямку вентиляційних отворів, навантаження на стиснення та маршрутизації джгутів, пакет все одно може зазнавати поширення тепла або механічних перешкод.

Правильним рішенням є розміщення аерогелевих прокладок відповідно до шляху розповсюдження тепла, хімічного складу комірки, тиску стека модулів, розташування охолоджуючої пластини та зазору високовольтного джгута.

Для пакетних і призматичних комірок прокладки зазвичай розміщують між великими гранями комірок. Для циліндричних комірок аерогель можна використовувати як листи, рукави, модульні бар’єри або ізоляційні шари на рівні упаковки залежно від архітектури.

Для проектів OEM або акумуляторної батареї надішліть формат елемента, хімічний склад, тиск у стеці, креслення модуля, вентиляційний шлях і вимоги до термовипробування перед остаточним вибором колодки. Невеликий вибірковий розріз може виявити ризик підгонки, стиснення та складання до початку обробки.

Як аерогелеві прокладки працюють з автомобільними системами проводки?

Якщо джгут високої напруги, джгут датчиків або ізоляцію шини прокладено занадто близько до шляху розповсюдження тепла, ізоляція може погіршитися, клеми можуть ослабитися, а діагностичні сигнали можуть бути несправними під час несправності.

Кращим рішенням є розробка аерогелевих ізоляційних прокладок разом із високовольтною проводкою, лініями вимірювання напруги, датчиками температури, кришками шин і стратегією герметизації упаковки.

Безпека батареї – це не лише хімія клітин. Це повна системна конструкція, що включає бар’єри комірок, прокладку високовольтних джгутів, вентиляційні канали, розміщення датчиків, заземлення, екранування та захист роз’ємів.

Які дані про продуктивність слід перевіряти покупцям?

Якщо постачальник надає лише товщину та ціну, покупець не може судити про те, чи витримає прокладка стиснення, вплив тепла, полум’я, вологість, вібрацію чи навантаження при складанні упаковки.

Правильним рішенням є запит на технічний паспорт, дані про теплопровідність, криву стиснення, результати діелектричних випробувань, інформацію про вогнестійкість, діапазон робочих температур і дані про старіння.

Aspen Aerogels зазначає, що його платформу аерогелю можна оптимізувати для теплопровідності, товщини та реакції на стиснення.^[1] Це саме ті параметри, які інженери акумуляторів повинні перевірити перед тим, як вибрати колодку.

Які стандарти стосуються аерогелевих прокладок акумуляторів електромобілів?

Якщо аерогелеві прокладки вибрано без зв’язку з перевіркою безпеки батареї, матеріал може виглядати чудово окремо, але не підтримувати сертифікацію на рівні упаковки або тестування на зловживання.

Правильне рішення полягає в тому, щоб поєднати вибір колодки з тестами на безпеку батареї EV, такими як вимоги до термічної, механічної, електричної, екологічної та перевірки на зловживання.

SwRI пояснює, що тестування UL 2580 оцінює безпеку батареї електромобілів через електричні, механічні, термічні, екологічні та пов’язані з безпекою випробування.^[3] SAE J2464 описує тести на зловживання, які можуть бути використані для електричних і гібридних електричних транспортних засобів, що перезаряджаються системами зберігання енергії.^[4]

Неправильно: запитувати, чи «відповідає UL 2580» лише аерогелева прокладка. Правильно: тестування повної батареї, оскільки геометрія упаковки, хімічний склад елемента, вентиляція, проводка та розміщення бар’єру впливають на кінцевий результат.

Як вибрати аерогелеву прокладку для проекту електричної батареї?

Якщо прокладку вибрано після того, як макет упаковки вже заморожено, інженер може бути змушений вказати низьку товщину, погане стиснення, заблоковану вентиляцію або небезпечний зазор у джгуті.

Найкращим рішенням є залучення постачальника аерогелевих прокладок і постачальників джгутів проводів на ранній стадії компонування модуля, високовольтної траси та моделювання розповсюдження тепла.

Хороший процес вибору починається з формату комірки, хімічного складу, щільності енергії, товщини цільової упаковки, сили стиснення, положення охолоджуючої пластини, напрямку вентиляції та мішені для перевірки безпеки. Блокнот слід перевірити в реальному стеку модулів, а не лише на плоскому лабораторному зразку.

Для швидкої оцінки надішліть розмір комірки, креслення модуля, цільову товщину, діапазон стиснення, подію максимальної температури та річний об’єм. Невеликий вирізаний зразок аерогелю може допомогти підтвердити придатність перед масовим виробництвом інструментів.

FAQ

Що таке аерогелеві ізоляційні прокладки для акумулятора EV?

Це тонкі термічні бар’єрні прокладки на основі аерогелю, які використовуються в акумуляторних блоках електромобілів, щоб зменшити передачу тепла, уповільнити поширення тепла та підтримати безпечну конструкцію акумулятора.

Чому аерогель використовується в акумуляторах електромобілів?

Аерогель використовується тому, що він забезпечує міцну теплоізоляцію в легкій і тонкій формі. Це допомагає розробникам батарей захистити елементи, не витрачаючи зайвого місця на упаковці.

Чи зупиняють аерогелеві прокладки термічні розбіги?

Аерогелеві прокладки не запобігають виходу з ладу кожної клітини. Їх мета полягає в тому, щоб уповільнити або допомогти зупинити поширення тепла від однієї несправної клітини до сусідніх, залежно від повної конструкції упаковки.

Де розміщені аерогелеві прокладки в акумуляторній батареї?

Їх можна розміщувати між осередками, між модулями, біля збірних шин, під кришками пакетів, біля вентиляційних шляхів або в бар’єрних зонах на рівні пакетів.

Чи є аерогелеві прокладки електроізоляційними?

Багато аерогелевих акумуляторних прокладок розроблено з характеристиками електричної ізоляції, але точна діелектрична міцність залежить від структури продукту та методу випробування. Завжди перевіряйте паспорт постачальника.

Чи аерогелеві подушечки кращі за листи слюди?

Вони вирішують різні проблеми. Аерогель є міцним для тонкої теплоізоляції, тоді як слюда є міцною для діелектричних та вогнезахисних характеристик. Багато пакетів електромобілів можуть використовувати обидва матеріали в різних шарах.

Чи можуть аерогелеві прокладки замінити компресійні прокладки?

Іноді вони можуть підтримувати як термічну, так і компресійну функції, але не завжди. Необхідно підтвердити набухання клітин, тиск у стек і довгострокову поведінку при стисненні.

Примітка експерта

Аерогелеві ізоляційні прокладки акумулятора електромобілів — це не просто м’які листи, розміщені між елементами. Вони є критично важливими для безпеки тепловими бар’єрами, які повинні працювати з хімією клітин, вентиляцією, стисненням, охолодженням, шинами, датчиками, з’єднувачами та прокладкою високовольтних джгутів.

Після 15 років роботи з автомобільними джгутами, кабелями акумуляторів електромобілів, високовольтними з’єднувальними з’єднаннями та спеціальними системами живлення транспортних засобів, моє польове правило просте: безпека батареї ніколи не створюється лише одним матеріалом; це створюється тим, як кожен матеріал, дріт, з’єднувач і шлях тепла працюють разом. Якщо для вашого проекту електричної батареї потрібні аерогелеві ізоляційні прокладки, захист джгутів високовольтних проводів, ізоляція шин або перевірка теплового бар’єру на етапі зразка, надішліть макет елемента, клас напруги, шлях маршрутизації та ціль перевірки перед виробництвом. Невелика вибірка та ранній інженерний огляд можуть запобігти збій значно більшого рівня пакету пізніше.

Список літератури

1. Aspen Aerogels, 'PyroThin Thermal Runaway Barrier для електромобілів' Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, 'Аерогелі: тонші, легші, міцніші' Дослідження аерогелю НАСА

3. Південно-західний науково-дослідний інститут, «Стандартне випробування батареї UL 2580». Тестування батареї SwRI UL 2580

4. SAE International, 'SAE J2464 Електричний і гібридний електричний транспортний засіб перезаряджуваної системи накопичення енергії на безпеку та зловживання.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Thermal Runaway Mitigation for Electric Vehicles.' Теплові бар'єри акумулятора Aspen Aerogels

6. Додатковий продукт NASA, 'Аерогелі ізолюють місії та споживчі товари'. Додаткове застосування аерогелю NASA