Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 14-08-2026 Nguồn gốc: Địa điểm
Nếu nhiệt thoát ra được phép di chuyển tự do từ tế bào này sang tế bào tiếp theo, lỗi cục bộ của pin có thể leo thang thành sự lan truyền ở cấp độ mô-đun và cuối cùng đe dọa đến bộ pin hoàn chỉnh.
Do đó, việc sử dụng mica hiệu quả nhất là khác nhau ở mỗi cấp độ: rào cản mỏng giữa các tế bào, rào cản nhiệt và điện lớn hơn xung quanh mô-đun và cách nhiệt chống cháy ở nắp gói, tường, thanh cái và các bề mặt quan trọng khác. Mica không phải là vật liệu làm mát chủ động; vai trò chính của nó là làm chậm quá trình truyền nhiệt, duy trì sự phân tách điện môi và bảo vệ các cấu trúc xung quanh trong các trường hợp nhiệt độ cao bất thường.
Khi hai tế bào được xếp chặt chẽ với nhau, sự truyền nhiệt trực tiếp từ bề mặt đến bề mặt có thể cho phép một tế bào bị hỏng nhanh chóng làm nóng tế bào lân cận và làm tăng nguy cơ truyền nhiệt từ tế bào này sang tế bào khác.
Giải pháp là lắp đặt các tấm mica mỏng, tấm mica hoặc các tấm chắn bằng mica được thiết kế giữa các ô liền kề nơi cấu trúc pin yêu cầu tách nhiệt và điện môi. Rào chắn tạo ra điện trở nhiệt bổ sung trong khi vẫn duy trì cách điện giữa bề mặt tế bào dẫn điện và các cấu trúc xung quanh.
Các tấm mica và mica cứng được sử dụng làm rào cản giữa các tế bào pin vì chúng giữ được khả năng cách điện ở nhiệt độ cao và có thể giúp làm chậm quá trình truyền nhiệt khi xảy ra hiện tượng nhiệt.[1]
Mica cấp độ tế bào đặc biệt thiết thực với bố cục hình lăng trụ và dạng túi nơi các bề mặt phẳng lớn đối diện nhau. Thay vào đó, cấu trúc tế bào hình trụ có thể sử dụng các thanh chắn, ống bọc, vòng, miếng đệm hoặc các vật liệu truyền nhiệt khác tùy thuộc vào khoảng cách giữa các tế bào và hướng thông gió.
Mica không được chặn đường thông hơi của tế bào được thiết kế. Một rào cản làm chậm quá trình truyền nhiệt sang các bên nhưng chuyển hướng khí nóng sang một bộ phận quan trọng khác có thể tạo ra một dạng hư hỏng khác.
Ngay cả khi các tế bào riêng lẻ có rào cản nhiệt, một sự kiện nghiêm trọng vẫn có thể khiến khung mô-đun, thanh cái, tấm cuối, nhóm tế bào lân cận và các bộ phận điện tiếp xúc với nhiệt độ cực cao.
Giải pháp là sử dụng các thành phần mica lớn hơn làm tấm chắn phía mô-đun, lớp cách nhiệt tấm cuối, lớp cách nhiệt thanh cái, lớp bảo vệ phía trên và tách nhiệt giữa các nhóm tế bào. Ở cấp độ này, mica không còn chỉ bảo vệ một giao diện ô; nó trở thành một phần của kiến trúc truyền nhiệt và cách điện của mô-đun.
Các thành phần mica thường được sử dụng để cách điện giữa các tế bào, mô-đun và các bộ phận dẫn điện, cũng như làm tấm chắn nhiệt và bảo vệ chống cháy bên trong hệ thống pin EV.[2]
Mức pin |
Vị trí Mica điển hình |
Chức năng chính |
Rủi ro thiết kế chính |
|---|---|---|---|
Tế bào |
Giữa các ô liền kề |
Truyền nhiệt từ tế bào này sang tế bào khác chậm và cung cấp sự cách ly điện môi |
Chặn đường thông hơi hoặc sử dụng độ dày quá mức |
mô-đun |
Tường mô-đun, tấm cuối, thanh cái và ranh giới nhóm tế bào |
Chứa nhiệt trong vùng nhỏ hơn và bảo vệ các giao diện điện |
Can thiệp vào quá trình nén, làm mát hoặc lắp ráp |
Đóng gói |
Nắp đóng gói, thành bên, tấm chắn giữa mô-đun với mô-đun và các thành phần HV |
Bảo vệ vỏ bọc và trì hoãn việc truyền bá ở cấp độ gói |
Trọng lượng, không gian đóng gói và phạm vi bảo hiểm không đầy đủ |
Lựa chọn vật liệu cấp mô-đun cũng nên xem xét việc nén. Một số cấu trúc pin cần áp suất được kiểm soát trên túi hoặc tế bào hình lăng trụ, nghĩa là một tấm mica cứng có thể được kết hợp với một miếng đệm tuân thủ tốt hơn thay vì dự kiến sẽ tự cung cấp cả khả năng chống cháy và quản lý nén.
Nếu sự cố nhiệt thoát ra khỏi mô-đun, khí nóng, ngọn lửa, các hạt và nhiệt bức xạ có thể tấn công nắp pin, thành vỏ, thanh cái điện áp cao, hệ thống dây điện, đầu nối hoặc các cấu trúc xe gần đó.
Giải pháp là sử dụng các tấm mica lớn hơn và các bộ phận có hình dạng xung quanh các ranh giới quan trọng của gói, bao gồm mặt dưới của nắp gói, thành chu vi, giao diện giữa mô-đun với mô-đun, vùng thanh cái và các bộ phận điện cao áp. Mica cấp độ gói cung cấp rào cản nhiệt và điện môi cuối cùng giữa vùng hỏng bên trong của pin và vỏ hoặc phương tiện.
Các ứng dụng trong ngành bao gồm các tấm chắn tế bào và mô-đun, lớp cách nhiệt xung quanh chu vi bên trong của bộ pin, bảo vệ nắp hộp và lớp cách nhiệt bằng mica linh hoạt xung quanh các bộ phận như thanh cái và hệ thống dây điện.[3]
Cấp độ gói thường yêu cầu độ che phủ bề mặt lớn hơn so với các rào cản cấp độ tế bào, vì vậy trọng lượng, độ dày, độ buộc chặt, khả năng chống rung, vết cắt, lỗ thông hơi và dung sai lắp ráp trở nên quan trọng hơn.
Việc thêm tấm mica dày nhất vào mọi nơi không hẳn là thiết kế an toàn nhất. Rào cản nhiệt phải hoạt động với hệ thống thoát khí, giảm áp suất, tấm làm mát, khe hở điện, khả năng sử dụng và khối lượng tổng thể của gói.
Việc sử dụng cùng độ dày và hình dạng mica ở mọi cấp độ pin có thể tăng thêm khối lượng không cần thiết trong khi vẫn khiến các đường dẫn nhiệt quan trọng nhất không được bảo vệ đầy đủ.
Giải pháp đúng là chọn mica theo chế độ hỏng hóc ở từng vị trí thay vì coi nó như một tấm cách điện chung của pin. Các rào cản di động ưu tiên kiểm soát sự lan truyền cục bộ, các rào cản mô-đun bảo vệ các vùng kết cấu và điện lớn hơn, còn các rào cản gói bảo vệ vỏ bọc và giao diện xe.
Một logic thiết kế đơn giản hóa là:
Cấp độ tế bào: Ngăn chặn nhiệt truyền trực tiếp vào tế bào lân cận.
Cấp độ mô-đun: Ngăn chặn một nhóm ô ảnh hưởng đến mô-đun hoàn chỉnh.
Cấp độ gói: Ngăn chặn nhiệt và ngọn lửa ở cấp độ mô-đun tấn công vỏ bọc và phương tiện xung quanh.
Tấm mica quá mỏng có thể không cung cấp đủ độ trễ nhiệt, trong khi tấm mica dày không cần thiết sẽ làm tăng trọng lượng gói hàng, chi phí, chiều cao của chồng và khó lắp ráp.
Giải pháp là xác định độ dày thông qua thử nghiệm truyền nhiệt, yêu cầu về điện môi, ràng buộc cơ học, thời gian tiếp xúc và vị trí của rào chắn. Không có độ dày mica nào phù hợp cho mọi loại pin EV.
Cấu trúc cần thiết phụ thuộc vào thành phần hóa học của tế bào, định dạng tế bào, năng lượng dự trữ, khoảng cách, dòng nhiệt dự kiến, hướng khí thoát ra, nhiệt độ cho phép ở phía được bảo vệ, cấp mica, hệ thống chất kết dính và liệu vật liệu được sử dụng một mình hay là một phần của hàng rào nhiều lớp.
Vì lý do này, việc lựa chọn vật liệu phải dựa trên thử nghiệm pin đại diện thay vì chỉ chỉ định 'mica 1 mm' hoặc 'mica 2 mm' từ danh mục chung.
Việc xử lý mica, aerogel và bọt silicon làm vật liệu có thể thay thế cho nhau có thể tạo ra hiệu suất nhiệt kém vì mỗi vật liệu giải quyết được sự kết hợp khác nhau giữa các vấn đề cách nhiệt, nén, bịt kín và chống cháy.
Giải pháp tốt hơn thường là thiết kế nhiều lớp, trong đó mica cung cấp khả năng chống cháy và điện môi ở nhiệt độ cao trong khi vật liệu khác có độ dẫn nhiệt, độ tuân thủ, đệm hoặc bịt kín thấp. Sự kết hợp vật liệu phải được lựa chọn dựa trên cấu trúc pin thực tế và kết quả kiểm tra mức độ lạm dụng.
Mica đặc biệt hữu ích ở những nơi cần có rào cản nhiệt và cách điện. Vật liệu dựa trên aerogel có thể có độ dẫn nhiệt rất thấp, trong khi bọt silicon có thể phục hồi lực nén và điều chỉnh khe hở.
Không nên kỳ vọng một vật liệu sẽ thực hiện mọi chức năng của bộ pin.
Việc đặt hàng một tấm mica phẳng trước khi xác nhận hình dạng của pin có thể dẫn đến các lỗ thông hơi bị tắc, khoảng hở lắp ráp kém, vật liệu bị nứt, đường dẫn nhiệt không được che chắn hoặc gây nhiễu với thanh cái và cấu trúc làm mát.
Giải pháp đúng là thiết kế thành phần mica từ Cell, Module hoặc Pack CAD thực tế và kịch bản thoát nhiệt. Độ dày, vết cắt, lỗ, khoảng cách cạnh, yêu cầu uốn, chất kết dính, phương pháp lắp đặt, yêu cầu về điện môi và dung sai kích thước cho phép phải được xác định trước khi cắt nguyên mẫu.
Thông tin kỹ thuật cần cung cấp:
Gửi định dạng ô, vị trí mica, bản vẽ CAD, phạm vi độ dày yêu cầu, kích thước tối đa, mục tiêu điện môi, mục tiêu rào cản nhiệt, yêu cầu về chất kết dính, yêu cầu nén, nhiệt độ vận hành và thông số kỹ thuật kiểm tra lạm dụng pin hiện hành.
Tấm mica có thể tồn tại trong thử nghiệm ngọn lửa trong phòng thí nghiệm nhưng vẫn không hoạt động bên trong pin nếu các hạt nóng vượt qua rào cản, các khớp nối mở ra khi rung hoặc truyền nhiệt qua các cạnh và ốc vít không được che chắn.
Giải pháp là xác nhận cả vật liệu và cấu trúc pin đã lắp ráp trong các điều kiện tiêu biểu về nhiệt, điện, cơ và môi trường. Chỉ riêng tính dễ cháy của vật liệu không chứng minh được rằng thiết kế Ô, Mô-đun hoặc Gói có thể kiểm soát sự truyền nhiệt.
UL Solutions thực hiện thử nghiệm lạm dụng, cháy và truyền nhiệt của pin EV, đồng thời liệt kê các tiêu chuẩn bao gồm UL 2580, GB 38031, SAE J2464, SAE J2929, UN 38.3 và UNECE R100 trong số các khung kiểm tra pin thường được sử dụng.[4]
ISO 6469-1 quy định cụ thể các yêu cầu an toàn đối với hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại được sử dụng trong các phương tiện giao thông đường bộ chạy bằng điện, trong khi UNECE thực hiện Quy định số 100 đề cập cụ thể đến sự lan truyền nhiệt và bảo vệ người sử dụng khỏi các sự kiện nguy hiểm từ pin.[5][6]
Cần tấm Mica tùy chỉnh cho pin EV?
Để đánh giá nguyên mẫu, hãy chuẩn bị CAD dạng tế bào, Mô-đun hoặc Gói, vị trí lắp đặt mica, mục tiêu về độ dày, yêu cầu về điện môi, mục tiêu thoát nhiệt, kích thước tối đa, phần cắt, cấu trúc kết dính, số lượng mẫu và nhu cầu hàng năm.
Việc xác định cấp độ lắp đặt chính xác trước tiên giúp việc chọn loại mica, độ dày, hình học và quy trình sản xuất chính xác trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Mica chủ yếu được sử dụng để cách điện ở nhiệt độ cao, rào cản nhiệt, chống cháy và kiểm soát sự lan truyền nhiệt xung quanh các tế bào, mô-đun, thanh cái và cấu trúc bộ pin.
Đúng. Các tấm mica mỏng hoặc các tấm chắn mica được thiết kế có thể được lắp đặt giữa các ô liền kề nơi thiết kế pin yêu cầu cách ly điện môi bổ sung và khả năng chống truyền nhiệt.
Các vị trí điển hình bao gồm ranh giới nhóm tế bào, thành bên của mô-đun, tấm cuối, thanh cái, lớp bảo vệ phía trên và các cấu trúc dẫn điện cần cách ly điện môi.
Mica có thể được sử dụng dưới nắp gói, dọc theo tường bao, giữa các mô-đun, xung quanh thanh cái và các bộ phận điện áp cao và tại các vị trí khác cần có rào cản nhiệt hoặc điện.
Không có vật liệu nào có thể đảm bảo rằng sự thoát nhiệt sẽ không xảy ra. Mica được sử dụng như một rào cản thụ động để làm chậm quá trình truyền nhiệt, duy trì khả năng cách nhiệt và giúp giảm hoặc trì hoãn sự truyền nhiệt sang các bộ phận lân cận.
Không. Độ dày lớn hơn có thể cải thiện khả năng rào cản trong một số thiết kế nhưng cũng làm tăng trọng lượng, không gian đóng gói, chi phí và độ khó lắp ráp. Độ dày phải được xác nhận cho kiến trúc pin cụ thể.
Mức độ xác nhận cuối cùng sẽ phản ánh cách sử dụng vật liệu. Việc sàng lọc ở cấp độ tế bào rất hữu ích, nhưng vẫn có thể cần phải kiểm tra ở cấp độ mô-đun và cấp độ gói vì đường truyền, khí thoát ra, hình dạng vỏ và các thành phần lân cận làm thay đổi hoạt động của hệ thống.
Phối cảnh linh kiện ắc quy ô tô 15 năm
Dựa trên 15 năm kinh nghiệm sản xuất linh kiện ô tô và dây nịt, tôi không chọn mica chỉ dựa vào mức nhiệt độ hoặc độ dày. Câu hỏi đầu tiên luôn là vị trí của bộ phận: Ô, Mô-đun hoặc Gói.
Hàng rào tế bào phải kiểm soát sự truyền nhiệt cục bộ mà không làm ảnh hưởng đến sự thông hơi; rào chắn mô-đun phải bảo vệ các bề mặt kết cấu và điện; và rào chắn phải bảo vệ chuồng trại và phương tiện xung quanh. Thiết kế đáng tin cậy đến từ việc kết hợp loại mica, độ dày, hình dạng, phương pháp cố định và kiểm tra xác nhận với đường dẫn hư hỏng chính xác đó.
[1] Elmelin - Chất cách nhiệt mica cho các rào cản di động và an toàn pin xe điện
[2] Elmelin — Linh kiện mica để cách nhiệt và cách điện cho pin
[3] Electrolock - Bảo vệ thoát nhiệt trong pin EV: Vai trò của Mica
[4] Giải pháp UL - Kiểm tra lạm dụng pin EV, thử nghiệm cháy và truyền nhiệt
[6] UNECE - Quy định số 100 của Liên Hợp Quốc về công tác truyền nhiệt
