Tấm cách nhiệt pin EV Airgel là gì? Hướng dẫn rào cản nhiệt

Nếu các tế bào pin EV được đóng gói chặt chẽ mà không có rào cản nhiệt phù hợp, thì một tế bào quá nóng có thể truyền nhiệt sang các tế bào lân cận, kích hoạt sự lan truyền nhiệt, làm hỏng bộ pin và gây ra nguy cơ hỏa hoạn nghiêm trọng.

Giải pháp hiệu quả nhất là đặt các miếng đệm cách nhiệt aerogel của pin EV giữa các tế bào, mô-đun, vùng thanh cái hoặc các điểm nóng ở cấp độ gói để làm chậm quá trình truyền nhiệt, hấp thụ ứng suất nén và giúp kiểm soát sự truyền nhiệt.

Tấm cách nhiệt aerogel của pin EV là vật liệu cách nhiệt siêu nhẹ được sử dụng bên trong bộ pin lithium-ion. Chúng đặc biệt có giá trị trong các gói xe điện mật độ cao, nơi mỗi milimet đều ảnh hưởng đến mật độ năng lượng, độ an toàn và độ tin cậy lắp ráp.

Nguồn hình ảnh: Aspen Aerogels Tài nguyên kỹ thuật rào cản nhiệt PyroThin.^[1]

Tấm cách nhiệt Airgel pin EV là gì?

Nếu thuật ngữ 'tấm aerogel' được coi là vật liệu cách nhiệt bằng bọt hoặc xốp thông thường thì bộ pin có thể mất đi khả năng bảo vệ quan trọng chống lại sự truyền nhiệt, thay đổi độ nén và sự lan truyền nhiệt.

Câu trả lời đúng là tấm cách nhiệt aerogel của pin EV là một tấm chắn nhiệt mỏng, nhẹ được làm từ vật liệu gốc aerogel và được thiết kế để bảo vệ tế bào, mô-đun hoặc gói lithium-ion.

Aspen Aerogels mô tả PyroThin là một lớp cách nhiệt và chống cháy siêu mỏng, nhẹ được thiết kế để giảm thiểu sự thoát nhiệt ở cấp độ tế bào, mô-đun và gói hàng rào.^[1] Trong thiết kế pin thực tế, những miếng đệm này nằm ở nơi nhiệt phải bị trì hoãn, chặn hoặc chuyển hướng.

Tại sao miếng đệm Airgel được sử dụng trong bộ pin EV?

Nếu bộ pin năng lượng cao chỉ dựa vào khả năng làm mát bằng chất lỏng và giám sát BMS, nó có thể phát hiện lỗi nhưng vẫn không thể làm chậm quá trình truyền nhiệt về mặt vật lý khi tế bào bước vào trạng thái thoát nhiệt.

Giải pháp tốt hơn là kết hợp quản lý nhiệt chủ động với các miếng cách nhiệt aerogel thụ động, để gói hàng có cả khả năng kiểm soát giám sát và khả năng chống lan truyền vật lý.

Sự thoát nhiệt không chỉ là vấn đề về nhiệt độ; đó là một vấn đề phản ứng dây chuyền. Một miếng đệm aerogel tốt giúp bộ pin có nhiều thời gian hơn bằng cách giảm sự dẫn nhiệt từ tế bào ban đầu sang các tế bào gần đó.

Sai: giả sử chỉ riêng tấm làm mát có thể ngăn chặn mọi hiện tượng nhiệt. Đúng: sử dụng kết hợp các rào cản làm mát, thông gió, cảm biến, logic BMS và aerogel.

Tấm cách nhiệt Airgel ngăn chặn quá trình truyền nhiệt như thế nào?

Nếu nhiệt di chuyển quá nhanh qua ngăn xếp pin, các ô lân cận có thể đạt đến nhiệt độ nguy hiểm trước khi BMS, tấm làm mát hoặc đường thông hơi có thể kiểm soát được sự kiện.

Giải pháp trực tiếp là sử dụng cấu trúc xốp nano của aerogel để hạn chế sự chuyển động của khí và giảm sự truyền nhiệt dẫn qua lớp cách nhiệt.

NASA giải thích rằng aerogel cực kỳ xốp, mật độ rất thấp và có hiệu quả cao trong việc ngăn chặn sự truyền nhiệt vì lỗ chân lông của chúng nằm trong phạm vi nanomet.^[2] Điều này làm cho aerogel trở nên có giá trị khi lớp cách nhiệt mỏng phải hoạt động tốt hơn bọt polyme thông thường.

Nguồn ảnh: Nghiên cứu vật liệu cách nhiệt aerogel của NASA.^[2]

'Series' nghĩa là gì trong Tấm cách nhiệt dòng pin EV-Aerogel?

Nếu 'series' bị hiểu nhầm là một bộ phận điện đặc biệt, thì tấm đệm có thể được chọn sai vị trí bên trong bộ pin.

Giải thích chính xác là 'Miếng đệm cách điện aerogel dòng pin EV' thường đề cập đến miếng đệm aerogel được sử dụng trên một bố trí mô-đun hoặc tế bào pin nối tiếp, chứ không phải miếng đệm dẫn dòng điện nối tiếp.

Gói EV chứa các ô được kết nối nối tiếp và song song để đạt được điện áp và công suất mục tiêu. Các miếng đệm airgel thường là các bộ phận cơ và nhiệt không mang dòng điện được đặt gần đường dẫn dãy tế bào, ngăn xếp mô-đun hoặc cấu trúc rào cản gói.

Tấm đệm Airgel khác với Mica, Bọt hoặc Sợi gốm như thế nào?

Nếu tấm pin EV chỉ được chọn theo giá cả hoặc độ dày, thì tấm pin đó có thể mất đi sự cân bằng giữa khả năng chặn nhiệt, khả năng phục hồi lực nén, độ bền điện môi, trọng lượng và dung sai lắp ráp.

Giải pháp tốt nhất là so sánh aerogel, mica, bọt và sợi gốm theo phương thức hư hỏng thực tế: thoát nhiệt, phồng tế bào, rung, cách ly điện, tiếp xúc với ngọn lửa hoặc mục tiêu chi phí.

Airgel thường được chọn khi gói hàng cần cách nhiệt chắc chắn ở dạng mỏng và nhẹ. Mica có khả năng cách điện và chống cháy tốt, xốp rất hữu ích cho việc nén và hấp thụ dung sai, còn sợi gốm được sử dụng ở những nơi có khả năng chịu nhiệt cực cao.

Các miếng đệm Airgel được lắp đặt ở đâu trong Mô-đun pin EV?

Nếu các miếng đệm aerogel được đặt ngẫu nhiên mà không xem xét đến dòng nhiệt, hướng thông hơi, tải trọng nén và định tuyến dây đai, thì gói vẫn có thể chịu sự truyền nhiệt hoặc nhiễu cơ học.

Giải pháp chính xác là đặt các miếng aerogel theo đường truyền nhiệt, tính chất hóa học của tế bào, áp suất ngăn xếp mô-đun, vị trí tấm làm mát và khe hở của bộ dây điện áp cao.

Đối với các tế bào dạng túi và hình lăng trụ, các miếng đệm thường được đặt giữa các mặt tế bào lớn. Đối với các ô hình trụ, aerogel có thể được sử dụng làm tấm, ống bọc, tấm chắn mô-đun hoặc lớp cách ly cấp độ gói tùy thuộc vào kiến ​​trúc.

Đối với các dự án OEM hoặc bộ pin, hãy gửi định dạng pin, thành phần hóa học, áp suất ngăn xếp, bản vẽ mô-đun, đường thông hơi và yêu cầu kiểm tra nhiệt trước khi lựa chọn miếng đệm cuối cùng. Một vết cắt mẫu nhỏ có thể bộc lộ rủi ro về độ khít, nén và lắp ráp trước khi gia công.

Miếng đệm Airgel hoạt động như thế nào với hệ thống khai thác dây ô tô?

Nếu bộ dây điện áp cao, bộ dây cảm biến hoặc lớp cách điện của thanh cái được định tuyến quá gần đường truyền nhiệt, lớp cách điện có thể bị suy giảm, các đầu nối có thể bị lỏng và tín hiệu chẩn đoán có thể không hoạt động khi xảy ra sự cố.

Giải pháp tốt hơn là thiết kế các tấm cách nhiệt aerogel cùng với hệ thống dây điện HV, đường dây cảm biến điện áp, cảm biến nhiệt độ, vỏ thanh cái và chiến lược niêm phong gói.

An toàn pin không chỉ là hóa học tế bào. Đây là một thiết kế toàn hệ thống bao gồm các rào chắn tế bào, định tuyến khai thác điện áp cao, kênh thông gió, vị trí cảm biến, nối đất, che chắn và bảo vệ đầu nối.

Người mua nên kiểm tra dữ liệu hiệu suất nào?

Nếu nhà cung cấp chỉ cung cấp độ dày và giá cả, người mua không thể đánh giá liệu miếng đệm có chịu được lực nén, tiếp xúc với nhiệt, ngọn lửa, độ ẩm, độ rung hoặc ứng suất lắp ráp gói hay không.

Giải pháp đúng là yêu cầu bảng dữ liệu kỹ thuật, dữ liệu độ dẫn nhiệt, đường cong nén, kết quả kiểm tra điện môi, thông tin về khả năng chống cháy, phạm vi nhiệt độ vận hành và dữ liệu lão hóa.

Aspen Aerogels lưu ý rằng nền tảng aerogel của nó có thể được tối ưu hóa về độ dẫn nhiệt, độ dày và phản ứng nén.^[1] Đây chính xác là những thông số mà các kỹ sư pin nên xem xét trước khi chọn miếng đệm.

Những tiêu chuẩn nào liên quan đến miếng đệm Airgel pin EV?

Nếu các miếng đệm aerogel được chọn mà không liên kết chúng với quá trình xác nhận độ an toàn của pin thì vật liệu đó có thể trông tuyệt vời khi đứng riêng lẻ nhưng không hỗ trợ chứng nhận cấp độ gói hoặc thử nghiệm lạm dụng.

Giải pháp đúng đắn là kết nối việc lựa chọn miếng đệm với các thử nghiệm an toàn của pin EV chẳng hạn như các yêu cầu về nhiệt, cơ, điện, môi trường và kiểm tra lạm dụng.

SwRI giải thích rằng thử nghiệm UL 2580 đánh giá độ an toàn của pin EV thông qua các thử nghiệm liên quan đến điện, cơ, nhiệt, môi trường và an toàn.^[3] SAE J2464 mô tả các thử nghiệm lạm dụng có thể được sử dụng cho hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại của xe điện và xe điện hybrid.^[4]

Sai: hỏi liệu chỉ riêng miếng đệm aerogel có 'đạt tiêu chuẩn UL 2580 hay không.' Đúng: kiểm tra cụm pin hoàn chỉnh vì hình dạng gói, tính chất hóa học của tế bào, lỗ thông hơi, hệ thống dây điện và vị trí rào chắn đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.

Bạn nên chọn tấm lót Airgel cho dự án pin EV như thế nào?

Nếu miếng đệm được chọn sau khi bố trí gói đã bị đóng băng, kỹ sư có thể bị ép vào độ dày kém, độ nén kém, lỗ thông hơi bị chặn hoặc khoảng hở dây đai không an toàn.

Giải pháp tốt nhất là sớm mời nhà cung cấp đệm aerogel và nhà cung cấp bộ dây điện trong quá trình bố trí mô-đun, định tuyến điện áp cao và mô phỏng truyền nhiệt.

Một quy trình lựa chọn tốt bắt đầu với định dạng tế bào, hóa học, mật độ năng lượng, độ dày gói mục tiêu, lực nén, vị trí tấm làm mát, hướng thông hơi và mục tiêu kiểm tra an toàn. Bảng này phải được xác thực trong ngăn xếp mô-đun thực, không chỉ trên mẫu phòng thí nghiệm phẳng.

Để đánh giá nhanh, hãy gửi kích thước ô, bản vẽ mô-đun, độ dày mục tiêu, phạm vi nén, sự kiện nhiệt độ tối đa và khối lượng hàng năm. Một mẫu aerogel cắt khuôn nhỏ có thể giúp xác nhận sự phù hợp trước khi sản xuất hàng loạt dụng cụ.

Câu hỏi thường gặp

Tấm cách nhiệt aerogel pin EV là gì?

Chúng là những tấm chắn nhiệt mỏng dựa trên aerogel được sử dụng bên trong bộ pin EV để giảm sự truyền nhiệt, truyền nhiệt chậm và hỗ trợ thiết kế an toàn cho pin.

Tại sao aerogel được sử dụng trong pin EV?

Airgel được sử dụng vì nó cung cấp khả năng cách nhiệt mạnh mẽ ở dạng nhẹ và mỏng. Điều này giúp các kỹ sư pin bảo vệ các tế bào mà không lãng phí quá nhiều không gian đóng gói.

Miếng đệm aerogel có ngăn chặn sự thoát nhiệt không?

Miếng đệm Airgel không ngăn được mọi tế bào bị hỏng. Mục đích của chúng là làm chậm hoặc giúp ngăn chặn sự truyền nhiệt từ một tế bào bị hỏng sang các tế bào lân cận, tùy thuộc vào thiết kế bao bì hoàn chỉnh.

Miếng đệm aerogel được đặt ở đâu trong bộ pin?

Chúng có thể được đặt giữa các ô, giữa các mô-đun, gần thanh cái, bên dưới nắp gói, bên cạnh đường thông hơi hoặc trong vùng rào cản cấp gói.

Miếng đệm aerogel có cách điện không?

Nhiều miếng pin aerogel được thiết kế với hiệu suất cách điện, nhưng độ bền điện môi chính xác phụ thuộc vào cấu trúc sản phẩm và phương pháp thử nghiệm. Luôn kiểm tra bảng dữ liệu của nhà cung cấp.

Tấm đệm aerogel có tốt hơn tấm mica không?

Họ giải quyết các vấn đề khác nhau. Airgel bền cho khả năng cách nhiệt mỏng, trong khi mica bền cho hiệu suất cách điện và chống cháy. Nhiều gói EV có thể sử dụng cả hai vật liệu ở các lớp khác nhau.

Miếng đệm aerogel có thể thay thế miếng đệm nén không?

Đôi khi chúng có thể hỗ trợ cả chức năng nhiệt và nén, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Độ phồng của tế bào, áp suất ngăn xếp và trạng thái nén lâu dài phải được xác nhận.

Lưu ý của chuyên gia

Tấm cách nhiệt aerogel của pin EV không chỉ là những tấm mềm đặt giữa các tế bào. Chúng là những rào cản nhiệt quan trọng về mặt an toàn, phải hoạt động với hóa học tế bào, thông gió, nén, làm mát, thanh cái, cảm biến, đầu nối và định tuyến khai thác điện áp cao.

Sau 15 năm làm việc với bộ dây điện ô tô, cụm cáp ắc quy EV, kết nối điện áp cao và hệ thống điện xe tùy chỉnh, quy tắc hiện trường của tôi rất đơn giản: an toàn ắc quy không bao giờ được tạo ra chỉ bởi một vật liệu; nó được tạo ra bằng cách mọi vật liệu, dây điện, đầu nối và đường dẫn nhiệt hoạt động cùng nhau. Nếu dự án pin EV của bạn cần miếng cách nhiệt aerogel, bảo vệ bộ dây HV, cách điện thanh cái hoặc xem xét rào cản nhiệt ở giai đoạn mẫu, hãy gửi bố cục tế bào, cấp điện áp, đường dẫn định tuyến và mục tiêu xác thực trước khi sản xuất. Một mẫu nhỏ và việc xem xét kỹ thuật sớm có thể ngăn ngừa lỗi ở mức gói lớn hơn nhiều sau này.

Tài liệu tham khảo

1. Aspen Aerogels, 'Rào cản thoát nhiệt PyroThin dành cho xe điện.' Aspen Aerogels PyroThin

2. NASA, 'Aerogel: Mỏng hơn, Nhẹ hơn, Mạnh hơn.' Nghiên cứu Aerogel của NASA

3. Viện nghiên cứu Tây Nam, 'Thử nghiệm pin tiêu chuẩn UL 2580.' Kiểm tra pin SwRI UL 2580

4. SAE International, 'Thử nghiệm an toàn và lạm dụng hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại trên xe điện và xe hybrid SAE J2464.' SAE J2464

5. Aspen Aerogels, 'Giảm thiểu sự thoát nhiệt cho xe điện.' Rào cản nhiệt pin Aspen Aerogels

6. Phần phụ của NASA, 'Sứ mệnh cách nhiệt của Aerogel và sản phẩm tiêu dùng.' Các ứng dụng của NASA Spinoff Aerogel