Lớp cách nhiệt aerogel nên dày bao nhiêu giữa các tế bào pin EV?

Nếu hàng rào aerogel quá mỏng, nhiệt từ một tế bào bị hỏng có thể truyền tới tế bào lân cận quá nhanh; nếu nó dày không cần thiết, gói sẽ mất khối lượng ô có giá trị, tăng thêm chi phí và có thể thay đổi khả năng nén ô.

Không có độ dày aerogel chung cho pin EV. Giá trị chính xác phải được chọn từ thành phần hóa học của tế bào, năng lượng thoát nhiệt, khe hở sẵn có, độ nén, nhiệt độ bên được bảo vệ cho phép và kết quả xác thực mô-đun. Đối với các tế bào hình lăng trụ và dạng túi, các rào cản được thiết kế thường chỉ dày vài mm nhưng giá trị cuối cùng phải được chứng minh trong cấu trúc pin thực tế.

Có độ dày Aerogel tiêu chuẩn cho pin EV không?

Việc sử dụng quy tắc cố định như 'airgel 2 mm là đủ cho mọi pin' có thể bảo vệ kém các tế bào năng lượng cao hoặc lãng phí không gian trong mô-đun có mức độ rủi ro thấp hơn.

Giải pháp đúng là xác định độ dày từ điện trở nhiệt yêu cầu trong điều kiện nén thực tế. Định dạng tế bào, hóa học, năng lượng dự trữ, khoảng cách, hướng thông hơi, lực nén, cấu trúc rào cản và nhiệt độ cho phép trên tế bào lân cận đều ảnh hưởng đến kết quả.

Aspen Aerogels tuyên bố rằng các rào chắn tế bào ô tô của họ được thiết kế cho các mục tiêu cụ thể bao gồm độ dẫn nhiệt, độ dày và phản ứng nén , củng cố rằng độ dày của rào cản là một thông số thiết kế phụ thuộc vào ứng dụng chứ không phải là một con số phổ quát.^[1]

Hàng rào Airgel 2–3 mm có thể đủ không?

Trích dẫn kết quả thử nghiệm thành công 2–3 mm mà không xem xét kích thước tế bào, độ nén, đường dẫn nhiệt và lỗ thông hơi có thể tạo ra niềm tin sai lầm về một bộ pin hoàn toàn khác.

Một vài mm có thể khả thi về mặt kỹ thuật trong một số thiết kế lăng trụ hoặc tế bào túi, nhưng chỉ khi thử nghiệm mô-đun hoàn chỉnh xác nhận độ trễ lan truyền cần thiết. Độ dày không thể tách rời khỏi công thức vật liệu và trạng thái nén.

Aspen đã xuất bản một ví dụ về mô-đun nhỏ sử dụng hàng rào PyroThin 2,35 mm được nén đến mức căng khoảng 50% giữa hai tế bào hình lăng trụ 62 Ah. Trong thử nghiệm cụ thể đó, tế bào lân cận không bị thoát nhiệt, nhưng Aspen cũng lưu ý rằng mô-đun nhỏ đã cách ly một số đường dẫn nhiệt thứ cấp được tìm thấy trong gói thật.^[2]

Do đó, kết quả 2,35 mm đó là một ví dụ kỹ thuật hữu ích — không phải là thông số kỹ thuật EV phổ biến.

Lực nén thay đổi độ dày yêu cầu như thế nào?

Một rào chắn chỉ được chọn bởi độ dày không nén của nó có thể hoạt động rất khác khi các tế bào phồng lên và mô-đun nén vật liệu trong suốt vòng đời của xe.

Giải pháp là đánh giá cả độ dày nén và hiệu suất nhiệt khi bắt đầu và cuối tuổi thọ. Các tế bào hình lăng trụ và túi có thể thay đổi kích thước trong quá trình đạp xe, do đó, rào chắn cũng có thể hoạt động như một miếng đệm nén trong khi vẫn duy trì khả năng chịu nhiệt.

Aspen đặc biệt xác định hiệu suất cơ học, độ mỏi do nén và độ dẫn nhiệt khi nén là các yếu tố thiết kế quan trọng đối với các rào cản giữa các tế bào.^[3]

Những yếu tố nào quyết định độ dày của aerogel?

Chỉ chọn độ dày từ độ dẫn nhiệt sẽ bỏ qua các đường dẫn nhiệt khác và các ràng buộc cơ học có thể chi phối quá trình truyền nhiệt thực sự.

Các kỹ sư nên đánh giá giao diện hoàn chỉnh giữa các tế bào trước khi đóng băng độ dày rào cản. Các đầu vào quan trọng nhất được hiển thị dưới đây.

Tại sao không đơn giản sử dụng hàng rào Airgel dày hơn?

Việc tăng kích thước quá mức của mọi rào cản tế bào có thể làm giảm mật độ năng lượng của gói, tăng kích thước và chi phí mô-đun, đồng thời gây trở ngại cho hệ thống nén tế bào dự định.

Giải pháp đúng là sử dụng kết cấu được xác nhận tối thiểu đáp ứng các yêu cầu về truyền nhiệt và cơ học với biên độ thiết kế phù hợp. Trong các gói EV khối lượng lớn, ngay cả một phần milimet bổ sung được lặp lại trên hàng chục hoặc hàng trăm giao diện tế bào cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến kích thước gói.

Đây là một lý do khiến aerogel trở nên hấp dẫn đối với các rào cản tế bào: các nhà sản xuất có thể thiết kế khả năng chịu nhiệt rất cao thành các cấu trúc tương đối mỏng, nhẹ.^[4]

Hóa học tế bào có làm thay đổi độ dày aerogel cần thiết không?

Việc sử dụng cùng một thiết kế rào cản cho LFP, NMC và các chất hóa học tế bào khác có thể bỏ qua những khác biệt lớn về hành vi thoát nhiệt, năng lượng tế bào, sự thông hơi và cấu trúc gói.

Rào chắn phải được điều chỉnh theo đặc tính hóa học thực tế của tế bào và hoạt động của tế bào kích hoạt. Aspen lưu ý rằng các rào cản tế bào của nó được thiết kế cho nhiều ngành hóa học, bao gồm LFP, NMC và các hệ thống trạng thái rắn mới nổi, với cấu hình độ dày và độ cứng được tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể.^[5]

Hóa học rất quan trọng, nhưng nó không phải là thông số duy nhất. Dung lượng tế bào, hình học, trạng thái điện tích, khoảng cách, độ nén, làm mát và các cấu trúc lân cận có thể thay đổi đáng kể hành vi lan truyền.

Có nên chọn độ dày aerogel trước khi thử nghiệm mô-đun không?

Chỉ riêng độ dày sản xuất đóng băng chỉ từ bảng dữ liệu vật liệu có thể dẫn đến việc thiết kế lại tốn kém nếu các thử nghiệm ở cấp độ mô-đun cho thấy các đường dẫn nhiệt dẫn nhiệt, bức xạ hoặc khí thông hơi không được thể hiện trong thử nghiệm phiếu giảm giá.

Sử dụng tính toán vật liệu và kiểm tra cấp độ tế bào để xác định độ dày ban đầu, sau đó xác nhận cấu trúc hoàn chỉnh ở cấp độ mô-đun hoặc gói trước khi phát hành hàng loạt. Pin thật bao gồm các tab, thanh cái, tấm làm mát, cấu trúc nén, khe hở, ốc vít, vật liệu cách nhiệt và đường thông hơi có thể vượt qua hàng rào mặt tế bào chính.

Aspen cũng tuyên bố tương tự rằng các mô-đun và gói pin là những hệ thống phức tạp và không có thử nghiệm chung nào cho tất cả về hiệu suất của rào cản tế bào cho đến hết tuổi thọ.^[3]

Độ dày của Aerogel ảnh hưởng đến thanh cái và hệ thống dây điện như thế nào?

Việc tăng độ dày lớp chắn tế bào mà không kiểm tra vỏ bọc điện xung quanh có thể thay đổi kích thước ngăn xếp mô-đun và gây thêm áp lực lên thanh cái, dây cảm biến, đầu nối hoặc định tuyến bộ dây điện áp cao.

Giải pháp đúng đắn là xem xét độ dày aerogel cùng với hệ thống kết nối điện. Những thay đổi về khoảng cách giữa các ô có thể thay đổi hình dạng thanh cái, chiều dài dây cảm biến BMS, vị trí đầu nối, khe hở cách điện và định tuyến của cáp điện áp cao xung quanh mô-đun.

Vì lý do này, sự thay đổi rào cản nhiệt không nên được coi là sự thay thế vật liệu biệt lập. Khoảng cách giữa các tế bào, độ nén, cách điện mica, thanh cái, miếng silicon, hệ thống dây điện BMS và các giao diện bộ dây HV phải được kiểm tra cùng nhau trước khi đóng băng dụng cụ.

Cần xác định hàng rào tế bào Airgel?

Để đánh giá kỹ thuật, hãy chuẩn bị thành phần hóa học của pin, công suất, kích thước của pin, khe hở sẵn có, yêu cầu về độ nén, phạm vi độ dày mục tiêu, hướng lỗ thông hơi, yêu cầu truyền nhiệt, CAD mô-đun và thanh cái xung quanh hoặc bố trí dây điện.

Việc đánh giá mẫu phải xác nhận cả hiệu suất nhiệt và đặc tính cơ học nén trước khi công bố độ dày sản xuất cuối cùng.

Câu hỏi thường gặp

Độ dày aerogel điển hình giữa các tế bào pin EV là gì?

Không có độ dày phổ quát. Các rào cản tế bào được thiết kế có thể chỉ dày vài mm, nhưng giá trị cuối cùng phụ thuộc vào vật liệu, thiết kế tế bào, độ nén và hiệu suất truyền nhiệt cần thiết.

Airgel 2 mm có đủ giữa các tế bào pin không?

Nó có thể là đủ trong một số thiết kế và không đầy đủ ở những thiết kế khác. Độ dày phải được xác nhận bằng cách sử dụng thành phần hóa học thực tế của tế bào, năng lượng, lực nén, đường dẫn nhiệt và kiến ​​trúc mô-đun.

Việc nén Airgel có làm giảm khả năng bảo vệ nhiệt của nó không?

Nó phụ thuộc vào việc xây dựng aerogel. Các rào cản tế bào ô tô phải được đặc trưng ở trạng thái nén thực tế của chúng vì biến dạng cơ học làm thay đổi độ dày và có thể ảnh hưởng đến hoạt động nhiệt.

Airgel dày hơn có luôn an toàn hơn không?

Không. Độ dày dày hơn có thể cải thiện khả năng chịu nhiệt nhưng có thể làm giảm mật độ năng lượng của gói, thay đổi độ nén của tế bào, tăng chi phí và ảnh hưởng đến hình dạng thanh cái hoặc dây dẫn.

Airgel nên được thử nghiệm ở cấp độ tế bào hoặc mô-đun?

Cả hai đều có thể hữu ích. Các thử nghiệm ở cấp độ tế bào giúp sàng lọc hiệu suất của rào cản, nhưng việc xác nhận ở cấp độ mô-đun và gói rất quan trọng vì các đường truyền nhiệt và khí thông hơi bổ sung tồn tại trong hệ thống pin hoàn chỉnh.

Quan điểm khai thác dây và ắc quy ô tô trong 15 năm

Dựa trên 15 năm kinh nghiệm về linh kiện ô tô và dây điện, tôi sẽ không bao giờ chỉ định hàng rào aerogel đơn giản là '2 mm' hoặc '3 mm' trước khi hiểu về ngăn xếp pin.

Độ dày chính xác là cấu trúc được xác nhận tối thiểu để kiểm soát quá trình truyền nhiệt từ tế bào này sang tế bào khác trong khi vẫn đáp ứng các yêu cầu về nén, đóng gói, thanh cái, dây cảm biến và định tuyến điện áp cao. Trong bộ pin EV, vật liệu nhiệt và kết nối điện phải được thiết kế cùng nhau.

Tài liệu tham khảo có thẩm quyền

[1] Aspen Aerogels - Hàng rào nhiệt từ tế bào đến tế bào PyroThin Airgel

[2] Aspen Aerogels - Thử nghiệm mô-đun nhỏ truyền nhiệt từ tế bào đến tế bào

[3] Aspen Aerogels - Thiết kế, nén và xác nhận rào cản nhiệt

[4] Aspen Aerogels - Sự lan truyền nhiệt và các rào cản từ tế bào đến tế bào

[5] Aspen Aerogels - Ứng dụng rào cản nhiệt pin EV