Háttér

Egy modul hőterjedési szakaszai a következő szakaszokban zajlanak: Hőfelhalmozódás a cella termikus visszaélése után, a cella hőelvezetése, majd a modul termikus kifutása. Az egyetlen cellából való termikus szökés nem befolyásolja; azonban, amikor a hő átterjed más cellákra, a terjedés dominóhatást okoz, ami az egész modul termikus kifutásához vezet, hatalmas energia szabadul fel. 1. ábramegmutats termikus kifutási teszt eredménye. A modul az ellenállhatatlan terjedés miatt lángokban áll.

A cellán belüli hővezető képesség a különböző irányoktól függően eltérő lesz. A hővezetési együttható az irányban nagyobb leszpárhuzamoscella tekercsmagjával; míg a tekercsmaghoz képest függőleges irányban alacsonyabb a vezetőképesség. Ezért a sejtek közötti hőterjedés egyik oldalról a másikra gyorsabb, mint a füleken keresztül a sejtek között. Ezért a terjedést egydimenziós terjedésnek tekinthetjük. Mivel az akkumulátormodulokat nagyobb energiasűrűségre tervezték, a cellák közötti tér egyre kisebb, ami rontja a hőterjedést. Ezért a hő terjedésének elnyomása vagy blokkolása a modulban egyhatásmódja a veszélyek csökkentésének. 

A hőkifutás visszaszorításának módja egy modulban

A termikus szökést aktívan vagy passzívan visszafoghatjuk.

Aktív elnyomás

Az aktív hőterjedés-elnyomás többnyire hőkezelési rendszeren alapul, mint például:

1) Helyezzen hűtőcsöveket a modul aljára vagy belső oldalára, és töltse fel hűtőfolyadékkal. A hűtőfolyadék áramlása hatékonyan csökkentheti a terjedést.

2) Helyezzen tűzoltó csöveket a modul tetejére. Ha hőkiürítés történik, az akkumulátorból felszabaduló magas hőmérsékletű gáz arra készteti a csöveket, hogy oltóanyagot permetezzenek ki, hogy megakadályozzák a terjedést.

A hőkezelés azonban extra alkatrészeket igényel, ami magasabb költségekhez és alacsonyabb energiasűrűséghez vezet. Az is előfordulhat, hogy az irányítási rendszer nem lép életbe.

Passzív elnyomás

A passzív elnyomás úgy működik, hogy blokkolja az adiabatikus anyagon keresztüli terjedést a termikusan elszabadult sejtek és a normál sejtek között.

Általában az anyagnak a következőket kell tartalmaznia:

1. Alacsony hővezető képesség. Ennek célja a hőterjedés sebességének csökkentése.
2. Magas hőmérsékleti ellenállás. Az anyag nem oldódhat fel magas hőmérsékleten, és nem veszítheti el hőálló képességét.
3. Alacsony sűrűségű. Ez csökkenti a térfogat-energia sebesség és a tömeg-energia sebesség befolyását.

Az ideális anyag eközben gátolja a hő terjedését és elnyeli a hőt.

Anyagelemzés

• Airgel

Az Airgelt a „legkönnyebb hőszigetelő anyagnak” nevezik. Jól teljesít hőszigetelésben és könnyű súlyban. Széles körben használják akkumulátormodulokban a hőterjedés elleni védelem érdekében. Sokféle aerogél létezik, például szilícium-dioxid aerogél, aerogél, üvegszálas aerogél és előoxidált szál. Különböző anyagokból készült aerogél hőszigetelő réteg különböző hatással van a hőkifutásra. Ennek az az oka, hogy a hővezetési együttható sokfélesége erősen összefügg a mikroszerkezetével. A 2. ábra különböző anyagok SEM megjelenését mutatja az égés előtt és után.

A kutatások azt mutatják, hogy bár a szálas hőszigetelés ára alacsonyabb, a hőterjedést gátló hatás rosszabb, mint az aerogél anyagé. A különböző típusú aerogél anyagok közül az előoxidált szálas aerogél teljesít a legjobban, mivel az égés után is megőrzi szerkezetét. A kerámiaszálas aerogél hőszigetelésben is jól teljesít.

• Fázisváltó anyag

A fázisváltó anyagot széles körben használják a hőtároló hőterjedés visszaszorítására is. A viasz egy általános PCM, stabil fázisváltozási hőmérséklettel. Termál alattszökevény, tömegesen szabadul fel a hő. Ezért a PCM-nek magasnak kell lennieteljesítménya hő elnyelésének. A viasz azonban alacsony hővezető képességgel rendelkezik, ami befolyásolja a hőelnyelést. A teljesítmény fokozása érdekében a kutatók megpróbálják a viaszt más anyagokkal kombinálni, például fémrészecskéket adnak hozzá, fémhabot használnak a PCM betöltéséhez,grafit, szén nanocső vagy expandált grafit stb. Az expandált grafit visszatarthatja a hőkitörés okozta lángot is.

A hidrofil polimer egyfajta PCM is a termikus kifutópálya visszatartására. Gyakori hidrofil polimer anyagok: kolloid szilícium-dioxid, telített kalcium-klorid oldat,Tetraetil-foszfát, tetrafenil-hidrogén-foszfát, snátrium-poliakrilátstb.

•  Hibrid anyag

A termikus szökést nem lehet visszatartani, ha csak az aerogélre hagyatkozunk. Hogy sikeresenszigetelniA hő hatására az aerogélt PCM-mel kell kombinálnunk.

A hibrid anyag mellett többrétegű, különböző irányú hővezetési együtthatójú anyagokat is készíthetünk. Használhatunk nagy hővezető képességű anyagokat a hő kivezetésére a modulból, és hőszigetelő anyagot helyezhetünk a cellák közé, hogy korlátozzuk a hőterjedést.

Következtetés

A termikus szökésterjedés szabályozása bonyolult téma. Egyes gyártók készítettek megoldásokat a hőterjedés visszaszorítására, de még mindig keresnek valami újat, hogy csökkentsék a költségeket és az energiasűrűségre gyakorolt ​​hatást. Továbbra is a legújabb kutatásokra koncentrálunk. Nincs"szuper anyag” amely teljesen blokkolhatja a termikus szökést. Sok kísérletet igényel a legjobb megoldások megtalálása.