Airgel vs Mica: Cái nào tốt hơn để bảo vệ nhiệt cho pin EV?

Việc chọn sai rào cản nhiệt có thể cho phép nhiệt từ một tế bào lithium-ion bị hỏng truyền đến các tế bào lân cận nhanh hơn, làm tăng nguy cơ truyền nhiệt từ tế bào này sang tế bào khác.

Airgel nhìn chung tốt hơn khi ưu tiên thiết kế là cách nhiệt tối đa trong một lớp mỏng, nhẹ, trong khi mica bền hơn khi ưu tiên cách điện, độ ổn định cấu trúc và hiệu suất rào cản nhiệt độ cao. Trong nhiều bộ pin xe điện, giải pháp tốt nhất không phải là chọn chung một loại vật liệu mà sử dụng từng loại vật liệu để giải quyết các rủi ro về nhiệt và điện cụ thể.

Sự khác biệt chính giữa Airgel và Mica là gì?

Việc xử lý aerogel và mica làm vật liệu cách nhiệt có thể thay thế cho nhau có thể dẫn đến độ dày, trọng lượng, chi phí không cần thiết hoặc khả năng bảo vệ không đầy đủ tại các vị trí quan trọng bên trong bộ pin.

Chọn aerogel chủ yếu để cách nhiệt và mica chủ yếu cho các ứng dụng rào cản nhiệt-điện chắc chắn. Cấu trúc xốp cao của Aerogel ngăn chặn sự truyền nhiệt cực kỳ hiệu quả, trong khi mica mang lại đặc tính điện môi tuyệt vời và vẫn ổn định về kích thước dưới nhiệt độ khắc nghiệt.

Sự khác biệt trở nên đặc biệt quan trọng trong quá trình thoát nhiệt. UL Solutions lưu ý rằng các sự kiện nhiệt của pin EV có thể liên quan đến nhiệt độ, ngọn lửa, áp suất và các hạt bắn ra cực cao, nghĩa là việc lựa chọn vật liệu phải xem xét nhiều hơn một giá trị độ dẫn nhiệt.^[1]

Airgel có tốt hơn cho việc bảo vệ thoát nhiệt từ tế bào đến tế bào không?

Nếu không có đủ lớp cách nhiệt giữa các tế bào được xếp chặt chẽ, nhiệt tỏa ra từ một tế bào bị hỏng có thể nhanh chóng truyền sang các tế bào lân cận và góp phần truyền qua mô-đun.

Rào chắn làm từ aerogel đặc biệt hấp dẫn khi các kỹ sư cần khả năng chịu nhiệt mạnh với độ dày và trọng lượng tối thiểu. Cấu trúc xốp của chúng hạn chế sự dẫn nhiệt ở chất rắn và khí, cho phép tạo ra những rào cản tương đối mỏng để làm chậm quá trình truyền nhiệt giữa các bề mặt lân cận.

Điều này làm cho aerogel đặc biệt phù hợp với các rào cản tế bào trong các mô-đun mật độ năng lượng cao , nơi mỗi milimet không gian đóng gói đều quan trọng.

Khi nào Mica tốt hơn Aerogel?

Chỉ cách nhiệt có thể không đủ xung quanh thanh cái, kết nối điện áp cao, vỏ mô-đun và các vị trí khác mà việc cách ly điện và độ ổn định cơ học đều quan trọng như nhau.

Mica thường là sự lựa chọn mạnh mẽ hơn khi thành phần phải cung cấp cả rào cản nhiệt độ cao và cách ly điện môi đáng tin cậy. Nó có thể được xử lý thành các tấm và các bộ phận cắt theo khuôn tùy chỉnh cho mô-đun, thanh cái, vỏ bọc và các cấu trúc cách điện cao áp.

Điều này làm cho mica đặc biệt hữu ích gần các thanh cái HV, đầu nối, giao diện điện, ranh giới mô-đun và các khu vực bảo vệ cấp gói.

Airgel vs Mica: Vật liệu nào hoạt động tốt hơn?

Việc chọn vật liệu từ một thông số kỹ thuật duy nhất như nhiệt độ tối đa có thể che giấu những khác biệt quan trọng về độ dẫn nhiệt, đặc tính nén, hiệu suất điện môi, độ dày và độ bền cơ học.

So sánh các vật liệu theo chức năng thực tế của chúng bên trong bộ pin thay vì tìm kiếm một vật liệu chiến thắng chung. Bộ tách tế bào có các yêu cầu rất khác so với thanh chắn HV hoặc thành phần cách điện vỏ bọc.

Airgel và Mica có thể được sử dụng cùng nhau?

Việc buộc một vật liệu cách nhiệt phải thực hiện mọi chức năng nhiệt, điện và cơ khí có thể tạo ra bộ pin kém hiệu quả và tăng chi phí vật liệu mà không cải thiện được độ an toàn.

Kiến trúc cách nhiệt lai có thể sử dụng aerogel gần các tế bào và mica xung quanh các khu vực đòi hỏi khắt khe về điện hoặc cơ học. Điều này cho phép các kỹ sư sử dụng aerogel trong đó khả năng chịu nhiệt trên mỗi đơn vị độ dày quan trọng nhất và mica nơi hiệu suất rào cản cấu trúc và điện môi trở nên quan trọng.

Ví dụ: một mô-đun pin có thể sử dụng hỗn hợp aerogel giữa các tế bào trong khi sử dụng các thành phần mica cắt khuôn xung quanh thanh cái, kết nối điện áp cao, vỏ mô-đun hoặc giao diện vỏ.

Các kỹ sư nên lựa chọn giữa Airgel và Mica như thế nào?

Việc chọn rào cản nhiệt trước khi tìm hiểu thành phần hóa học của tế bào, hành vi lan truyền, khe hở sẵn có, tải nén, điện áp và các thành phần xung quanh có thể dẫn đến việc thiết kế lại tốn kém sau khi thử nghiệm mô-đun.

Trước tiên, hãy xác định tình huống hư hỏng, sau đó chọn vật liệu và độ dày xung quanh hiệu suất nhiệt, điện và cơ học cần thiết. Các bộ phận nguyên mẫu cuối cùng phải được xác nhận ở cấp độ ô, mô-đun và gói có liên quan.

UL Solutions thực hiện thử nghiệm sự truyền nhiệt của pin EV từ cấp độ tế bào đến cấp độ gói và đánh giá tính hiệu quả của các rào cản chống truyền nhiệt và vật liệu cách điện.^[2] SAE J2464 cũng đề cập đến việc kiểm tra lạm dụng pin xe điện và xe hybrid trong các điều kiện vượt quá phạm vi hoạt động bình thường của chúng.^[3]

Cần các bộ phận Airgel hoặc Mica tùy chỉnh cho Dự án pin EV?

Fuqiang có thể hỗ trợ các thành phần cách điện pin tùy chỉnh theo tế bào, mô-đun, gói, thanh cái, đầu nối và bố trí dây điện áp cao của bạn. Gửi cho chúng tôi bản vẽ, độ dày yêu cầu, nhiệt độ hoạt động, điện áp và vị trí lắp đặt để lựa chọn vật liệu hoặc đánh giá mẫu.

Câu hỏi thường gặp

Aerogel có tốt hơn mica cho pin EV không?

Không phổ biến. Nhìn chung, Airgel bền hơn để cách nhiệt hiệu quả cao, trong khi mica đặc biệt có giá trị khi cũng yêu cầu cách điện và hiệu suất rào cản nhiệt của kết cấu.

Aerogel được sử dụng ở đâu trong bộ pin EV?

Vật liệu tổng hợp aerogel thường được xem xét cho các vị trí có rào cản nhiệt chặt chẽ như giữa các tế bào pin hoặc xung quanh các mô-đun nơi việc hạn chế truyền nhiệt là rất quan trọng.

Mica được sử dụng ở đâu trong pin EV?

Các thành phần mica có thể được sử dụng xung quanh các mô-đun, thanh cái, kết nối điện áp cao, vỏ pin và giao diện vỏ yêu cầu cách ly nhiệt và điện.

Mica có thể ngăn chặn sự thoát nhiệt của pin không?

Mica không ngăn được sự thoát nhiệt điện hóa xảy ra bên trong tế bào bị hỏng. Nó có thể tạo thành một phần của hệ thống rào cản được thiết kế để trì hoãn sự truyền nhiệt và ngọn lửa đến các bộ phận xung quanh.

Aerogel có thể ngăn chặn hoàn toàn sự lan truyền nhiệt?

Không có vật liệu nào được cho là có thể ngăn chặn hoàn toàn việc lan truyền mà không có xác nhận ở cấp hệ thống. Hiệu suất của rào chắn phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu, độ dày, tính chất hóa học của tế bào, khoảng cách, độ nén, dòng nhiệt, độ thông hơi và cấu trúc gói.

Quan điểm khai thác dây ô tô 15 năm

Sau 15 năm làm việc với bộ dây điện ô tô và hệ thống điện EV, tôi thấy cách điện của pin là một phần của kiến ​​trúc điện áp cao hoàn chỉnh—không phải là một quyết định về vật liệu riêng biệt. Airgel có thể kiểm soát sự truyền nhiệt xung quanh tế bào, trong khi mica có thể cung cấp khả năng phân tách nhiệt và điện mạnh mẽ xung quanh thanh cái, đầu nối HV và giao diện nối dây.

Do đó, vật liệu tốt nhất không chỉ đơn giản là aerogel hay mica. Chất liệu, độ dày, hình học và vị trí khớp chính xác với chế độ hỏng thực sự của pin.

Tài liệu tham khảo có thẩm quyền

[1] Giải pháp UL - Đánh giá sự thoát nhiệt của vỏ pin (BETR)

[2] Giải pháp UL - Kiểm tra lạm dụng pin xe điện, cháy, nhiệt và hiệu suất

[3] SAE International - Thử nghiệm lạm dụng pin xe điện J2464