Baggrund

Den termiske udbredelse af et modul oplever følgende stadier: Varmeakkumulering efter celletermisk misbrug, celletermisk løbsk og derefter modultermisk løbsk. Termisk løb fra en enkelt celle er ikke indflydelsesrig; men når varmen spredes til andre celler, vil udbredelsen forårsage en dominoeffekt, hvilket fører til den termiske løbegang af hele modulet, hvilket frigiver massiv energi. Figur 1vises resultatet af termisk runaway-test. Modulet er i brand på grund af uimodståelig udbredelse.

Varmeledningsevnen inde i en celle vil være forskellig i forskellige retninger. Koefficienten for varmeledningsevne vil være højere i retningenparallelmed rullekernen af ​​en celle; mens den retning, der er lodret i forhold til rullekernen, har lavere ledningsevne. Derfor er termisk spredning fra side til side mellem celler hurtigere, end den gør gennem faner til celler. Derfor kan udbredelsen ses som en endimensionel udbredelse. Da batterimoduler er designet til højere energitæthed, bliver rummet mellem cellerne mindre, hvilket vil forværre termisk udbredelse. Derfor vil undertrykkelse eller blokering af varmespredning i modulet blive betragtet som eneffektmåde at mindske farerne på. 

Måden at undertrykke termisk løbsk i et modul

Vi kan begrænse termisk flugt aktivt eller passivt.

Aktiv undertrykkelse

Aktiv termisk spredningsundertrykkelse er for det meste baseret på termisk styringssystem, som:

1) Sæt kølerør på bunden eller indersiden af ​​et modul, og fyld med kølevæske. Strømmen af ​​kølevæske kan effektivt mindske udbredelsen.

2) Opsæt brandslukningsrør på toppen af ​​et modul. Når der er termisk løbsk, vil den højtemperaturgas, der frigives fra batteriet, få rørene til at sprøjte slukningsmiddel ud for at undertrykke udbredelsen.

En termisk styring kræver dog ekstra komponenter, hvilket fører til højere omkostninger og lavere energitæthed. Der er også mulighed for, at ledelsessystemet ikke træder i kraft.

Passiv undertrykkelse

Passiv undertrykkelse virker ved at blokere udbredelsen gennem adiabatisk materiale mellem termiske løbske celler og normale celler.

Normalt skal materialet indeholde:

1. Lav varmeledningsevne. Dette er for at sænke hastigheden af ​​varmespredning.
2. Høj temperatur modstand. Materialet bør ikke løses under høj temperatur og miste evnen til termisk modstand.
3. Lav tæthed. Dette er for at sænke indflydelsen af ​​volumen-energihastighed og masse-energihastighed.

Det ideelle materiale kan i mellemtiden blokere for varmespredningen samt absorbere varmen.

Analyse på materiale

• Aerogel

Aerogel er navngivet som "det letteste varmeisoleringsmateriale". Det er godt udført i varmeisolering og vejer let. Det er meget udbredt i batterimodul til termisk udbredelsesbeskyttelse. Der er mange slags aerogel, som siliciumdioxid aerogel, aerogel, glasfiber aerogel og præoxiderede fibre. Aerogel varmeisoleringslag af forskellige materialer har forskellig indflydelse på termisk løbsk. Dette skyldes, at variationen af ​​termisk ledningskoefficient, som er meget relateret til dens mikrostruktur. Figur 2 viser SEM-udseende af forskelligt materiale før og efter forbrænding.

Forskning viser, at selvom fibervarmeisolering er lavere i pris, er ydeevnen ved blokering af varmeudbredelse dårligere end aerogelmateriale. Blandt forskellige slags aerogelmaterialer yder foroxiderede fiberaerogel sig bedst, da det bevarer strukturen efter forbrænding. Keramisk fiber aerogel fungerer også godt i varmeisolering.

• Faseændringsmateriale

Faseændringsmateriale er også meget brugt til at undertrykke termisk løbsk udbredelse på grund af dets lagrende varme. Voks er en almindelig PCM, med stabil faseændringstemperatur. Under termiskløbsk, frigives der massivt varme. Derfor bør PCM have højpræstationat absorbere varme. Voks har dog lav varmeledningsevne, hvilket vil påvirke varmeabsorberingen. For at fremme dens ydeevne forsøger forskere at kombinere voks med andre materialer, såsom at tilføje metalpartikler, bruge metalskum til at fylde PCM, tilføjegrafit, kulstof nanorør eller ekspanderet grafit osv. Ekspanderet grafit kan også begrænse flammen forårsaget af termisk flugt.

Hydrofil polymer er også en slags PCM til at begrænse termisk bane. Almindelige hydrofile polymermaterialer er: kolloid siliciumdioxid, mættet calciumchloridopløsning,Tetraethylphosphat, tetraphenylhydrogenphosphat, sodium polyacrylatosv.

•  Hybrid materiale

Thermal runaway kan ikke begrænses, hvis vi kun stoler på aerogel. Til succesisolerevarmen, skal vi kombinere aerogelen med PCM.

Udover hybridmaterialet kan vi også konstruere flerlagsmateriale med forskellige varmeledningskoefficienter i forskellige retninger. Vi kan bruge materiale med høj termisk ledningsevne til at lede varmen ud af modulet og lægge varmeisoleringsmateriale mellem celler for at begrænse termisk udbredelse.

Konklusion

At kontrollere termisk løbsk udbredelse er et kompliceret emne. Nogle producenter har lavet nogle løsninger til at undertrykke varmespredningen, men de leder stadig efter noget nyt for at sænke omkostningerne og indflydelsen på energitætheden. Vi fokuserer stadig på den nyeste forskning. Der er ingen“super materiale” som totalt kan blokere termisk løbsk. Det kræver mange eksperimenter at få de bedste løsninger.