Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 26-07-2026 Nguồn gốc: Địa điểm
Khi một tế bào pin EV rơi vào tình trạng thoát nhiệt, nhiệt có thể lan sang các tế bào lân cận và biến lỗi cục bộ thành cháy cấp mô-đun.
Giải pháp thụ động hiệu quả nhất là đặt một tấm cách nhiệt aerogel đã được xác nhận giữa các ô liền kề hoặc các đường truyền nhiệt quan trọng khác. Airgel cung cấp khả năng chịu nhiệt cao với độ dày tương đối nhỏ, khiến nó trở nên hấp dẫn đối với các mô-đun pin EV nhỏ gọn, giàu năng lượng.
Các mẫu aerogel silica thể hiện cấu trúc có độ xốp cao liên quan đến hiệu suất cách nhiệt. Nguồn hình ảnh: Khoa học của NASA[1].
Nếu không có rào cản nhiệt hiệu quả giữa các tế bào, nhiệt từ túi hoặc tế bào hình lăng trụ bị hỏng có thể truyền đến tế bào lân cận đủ nhanh để kích hoạt sự lan truyền nhiệt.
Việc lắp đặt một miếng đệm aerogel giữa các tế bào liền kề sẽ làm tăng khả năng chịu nhiệt và làm chậm quá trình truyền nhiệt dẫn điện. Điều này giúp mô-đun có nhiều thời gian hơn để kiểm soát sự kiện thông qua các chiến lược cách ly cấu trúc, thông gió, làm mát, bảo vệ điện và quản lý pin.
Một nghiên cứu được bình duyệt năm 2023 trên các mô-đun pin lithium-ion giàu niken đã đo được độ dẫn nhiệt khoảng 0,020 W/(m·K) đối với tấm aerogel silica được thử nghiệm ở nhiệt độ phòng. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc phân lớp aerogel đủ có thể ngăn chặn sự lan truyền nhiệt trong cấu hình mô-đun tế bào túi cụ thể của họ.[2]
Airgel có giá trị vì các kỹ sư pin luôn đấu tranh từng milimet. Một rào cản thông thường dày có thể làm giảm khối lượng gói có thể sử dụng, trong khi một rào cản nhiệt mỏng hiệu suất cao có thể giúp duy trì mật độ năng lượng mà không để các tế bào lân cận tiếp xúc trực tiếp với sự kiện chạy trốn.
Nếu lớp cách nhiệt chỉ làm chậm quá trình tỏa nhiệt trong vài giây nhưng không thể giữ cho tế bào lân cận ở dưới nhiệt độ tới hạn thì hiện tượng thoát nhiệt có thể tiếp tục diễn ra trong toàn bộ mô-đun.
Mục tiêu chính xác không chỉ đơn giản là sử dụng aerogel mà còn là sử dụng đủ khả năng chịu nhiệt đã được xác nhận cho đặc tính hóa học của tế bào thực, trạng thái tích điện, độ nén và hình dạng mô-đun. Aerogel nên được coi là một phần của hệ thống kiểm soát truyền nhiệt hoàn chỉnh.
Một nghiên cứu trên Tạp chí Lưu trữ Năng lượng năm 2025 đã thử nghiệm lớp nỉ silica aerogel được gia cố cơ học giữa các tế bào túi thứ ba. Trong cấu hình thử nghiệm đó, aerogel 2 mm đã ngăn chặn thành công sự truyền nhiệt thoát ra ngoài , trong khi mẫu 1 mm làm chậm quá trình lan truyền nhưng không ngăn chặn được sự truyền nhiệt trong các điều kiện được thử nghiệm.[3]
Điều này không có nghĩa là mọi pin EV đều cần có miếng đệm 2 mm. Nó cho thấy lý do tại sao các kỹ sư không bao giờ nên chọn độ dày aerogel chỉ từ biểu đồ chung. Các tế bào khác nhau có thể giải phóng lượng nhiệt rất khác nhau trong quá trình thoát nhiệt.
UL Solutions đánh giá khả năng truyền nhiệt của pin EV ở cấp độ tế bào, mô-đun và gói, đồng thời xem xét cụ thể tính hiệu quả của các rào cản chống truyền nhiệt và vật liệu cách điện. Phương pháp thử nghiệm đó phản ánh một nguyên tắc kỹ thuật quan trọng: chỉ riêng dữ liệu vật liệu không thể chứng minh được độ an toàn của bộ pin.[4]
Việc mua một miếng đệm aerogel chỉ dựa trên độ dẫn nhiệt và giá cả có thể gây ra lỗi nén, bảo vệ nhiệt không đủ, không ổn định về kích thước hoặc lỗi xác thực pin ở giai đoạn cuối.
Giải pháp đúng là chỉ định độ dày, khả năng chịu nhiệt, đặc tính nén, hiệu suất điện môi, dung sai kích thước, độ bền và các yêu cầu tích hợp cùng nhau. Tấm đệm cuối cùng phải được xác nhận trong điều kiện mô-đun pin thực thay vì chỉ ở nhiệt độ phòng.
Yêu cầu thiết kế |
Những gì kỹ sư nên xác minh |
Rủi ro chính |
|---|---|---|
Hiệu suất nhiệt |
Khả năng chịu nhiệt dưới nhiệt độ và độ nén dự kiến |
Tế bào lân cận nóng lên quá nhanh |
Độ dày của miếng đệm |
Hiệu suất truyền nhiệt cấp mô-đun |
Quá mỏng để bảo vệ hoặc quá dày cho không gian đóng gói |
Hành vi nén |
Tế bào phồng lên, nén, mệt mỏi và phục hồi kích thước |
Thay đổi áp suất tế bào hoặc hiệu suất nhiệt |
Cách điện |
Độ bền điện môi và điện trở cách điện khi cần thiết |
Đường dẫn rò rỉ hoặc ngắn mạch |
Độ bền của xe |
Rung động, độ ẩm, chu trình nhiệt, chất lỏng, mài mòn và phân tán hạt |
Suy giảm hiệu suất trong suốt thời gian sử dụng xe |
SAE J2464 cung cấp hướng dẫn kiểm tra lạm dụng cho hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại cho xe điện và xe hybrid ở cấp độ tế bào, mô-đun và gói. Nó củng cố nhu cầu đánh giá hoạt động của hệ thống pin trong các điều kiện ngoài phạm vi hoạt động bình thường thay vì chỉ dựa vào thông số kỹ thuật của vật liệu.[5]
Airgel cũng không thể thay thế thiết kế lỗ thông hơi, làm mát, nung chảy, ngắt dòng điện, giám sát BMS, bảo vệ cấu trúc hoặc cách ly điện áp cao. Sự thoát nhiệt có thể truyền năng lượng qua bề mặt tế bào, thanh cái, tấm làm mát, khung mô-đun, khí nóng, ngọn lửa và dây dẫn điện.
Cần mẫu tấm cách nhiệt Airgel cho mô-đun pin EV?
Gửi hóa học tế bào của bạn, kích thước tế bào, khoảng cách có sẵn, độ dày mục tiêu, yêu cầu nén, bản vẽ mô-đun, mục tiêu xác nhận sự thoát nhiệt và khối lượng hàng năm để đánh giá cấu trúc và vật liệu sơ bộ.
Việc sử dụng thông số kỹ thuật aerogel chung mà không kiểm tra mô-đun có thể tạo ra cảm giác an toàn sai lầm và gây ra việc thiết kế lại tốn kém sau khi thử nghiệm truyền nhiệt.
Sử dụng những câu trả lời này làm điểm bắt đầu về mặt kỹ thuật, sau đó xác nhận cấu trúc cách điện cuối cùng trong mô-đun pin thực tế.
Một miếng đệm aerogel làm tăng sức cản nhiệt giữa các tế bào, làm chậm quá trình truyền nhiệt từ tế bào bị hỏng và giúp giảm nguy cơ lan truyền nhiệt từ tế bào này sang tế bào khác.
Không. Airgel không thể ngăn ngừa mọi hư hỏng của tế bào. Rào chắn được thiết kế phù hợp có thể giúp ngăn chặn hoặc trì hoãn quá trình truyền trong mô-đun đã được xác thực, nhưng độ an toàn của pin vẫn phụ thuộc vào việc làm mát, thông gió, bảo vệ điện, cấu trúc, cảm biến và chiến lược điều khiển.
Không có độ dày phổ quát. Giá trị chính xác phụ thuộc vào thành phần hóa học của tế bào, năng lượng, trạng thái tích điện, khoảng cách, độ nén, mức độ nghiêm trọng, không gian gói có sẵn và thử nghiệm lan truyền cần thiết.
Không phải trong mọi ứng dụng. Airgel hấp dẫn nhờ khả năng chịu nhiệt cao trong không gian hạn chế, trong khi mica có thể cung cấp khả năng cách điện mạnh mẽ và ổn định cấu trúc. Một số thiết kế pin EV kết hợp nhiều vật liệu để đạt được cả khả năng bảo vệ nhiệt và điện môi.
Nó có thể, tùy thuộc vào việc xây dựng vật liệu hoàn chỉnh. Các kỹ sư nên xác minh độ bền điện môi thực tế, các lớp bề mặt, tình trạng cạnh, độ dày, độ ẩm và điện áp hoạt động thay vì cho rằng mọi miếng đệm aerogel đều cung cấp khả năng cách điện giống nhau.
Dựa trên 15 năm kinh nghiệm về bộ dây điện ô tô và tích hợp điện EV, tôi khuyên bạn nên đánh giá tấm aerogel cùng với pin, thanh cái, bộ dây điện áp cao, cảm biến nhiệt độ, tấm làm mát, đầu nối, hệ thống cầu chì và vỏ. Sự thoát nhiệt không chỉ đi theo một đường, vì vậy mô-đun pin an toàn nhất là mô-đun được xác nhận là hệ thống điện, nhiệt và cơ khí hoàn chỉnh.
Đối với mẫu đệm cách nhiệt aerogel, đánh giá rào cản nhiệt của pin, đánh giá nguyên mẫu hoặc dự án cách nhiệt EV tùy chỉnh, hãy cung cấp bản vẽ mô-đun và các yêu cầu kỹ thuật của bạn trước khi đóng băng thông số kỹ thuật vật liệu.
[1]Khoa học của NASA - Mẫu Aerogel
[3]Tạp chí lưu trữ năng lượng - Silica Airgel được gia cố cơ học để ức chế sự lan truyền nhiệt
[4]Giải pháp UL - Kiểm tra lạm dụng pin EV, thử nghiệm cháy và truyền nhiệt
[5]SAE International - Thử nghiệm lạm dụng và an toàn SAE J2464 RESS
