Fons

La propagació tèrmica d'un mòdul experimenta les següents etapes: acumulació de calor després de l'abús tèrmic cel·lular, embalatge tèrmic cel·lular i després embalatge tèrmic del mòdul. La fugida tèrmica d'una sola cèl·lula no influeix; tanmateix, quan la calor s'estén a altres cèl·lules, la propagació provocarà un efecte dòmino, provocant la fuga tèrmica de tot el mòdul, alliberant energia massiva. Figura 1espectacles el resultat de la prova de fuga tèrmica. El mòdul està en flames a causa d'una propagació irresistible.

La conductivitat tèrmica dins d'una cèl·lula serà diferent segons les diferents direccions. El coeficient de conductivitat tèrmica serà més alt en la direccióparal·lelamb el nucli rotllo d'una cel·la; mentre que la direcció que és vertical al nucli del rotllo té menor conductivitat. Per tant, la propagació tèrmica d'un costat a un altre entre les cel·les és més ràpida que no pas a través de les pestanyes a les cel·les. Per tant, la propagació es pot veure com una propagació unidimensional. Com que els mòduls de bateries estan dissenyats per a una densitat d'energia més alta, l'espai entre les cèl·lules és cada cop més petit, cosa que empitjorarà la propagació tèrmica. Per tant, suprimir o bloquejar la propagació de la calor al mòdul es considerarà com unefectemanera de reduir els perills. 

La manera de suprimir la fuga tèrmica en un mòdul

Podem frenar la fugida tèrmica de manera activa o passiva.

Supressió activa

La supressió activa de propagació tèrmica es basa principalment en un sistema de gestió tèrmica, com ara:

1) Col·loqueu les canonades de refrigeració a la part inferior o als costats interiors d'un mòdul i ompliu-les amb líquid de refrigeració. El flux de líquid de refrigeració pot disminuir efectivament la propagació.

2) Instal·leu canonades d'extinció d'incendis a la part superior d'un mòdul. Quan hi ha una fuga tèrmica, el gas d'alta temperatura alliberat de la bateria provocarà que les canonades ruixin extintor per suprimir la propagació.

Tanmateix, una gestió tèrmica requereix components addicionals, comporta un major cost i una menor densitat d'energia. També hi ha la possibilitat que el sistema de gestió no tingui efecte.

Supressió passiva

La supressió passiva funciona bloquejant la propagació a través del material adiabàtic entre les cèl·lules tèrmiques fugitives i les cèl·lules normals.

Normalment, el material hauria de figurar en:

1. Baixa conductivitat tèrmica. Això és per reduir la velocitat de propagació de la calor.
2. Resistència a altes temperatures. El material no s'ha de resoldre a alta temperatura i perdre la capacitat de resistència tèrmica.
3. Baixa densitat. Això és per reduir la influència de la taxa de volum-energia i la taxa de massa-energia.

Mentrestant, el material ideal pot bloquejar la propagació de la calor i també absorbir-la.

Anàlisi sobre el material

• Aerogel

L'aerogel és anomenat com "el material d'aïllament tèrmic més lleuger". Té un bon rendiment en aïllament tèrmic i pesa lleuger. S'utilitza àmpliament en el mòdul de la bateria per a la protecció de la propagació tèrmica. Hi ha molts tipus d'aerogel, com ara aerogel de diòxid de silici, aerogel, aerogel de fibra de vidre i fibra pre-oxidada. La capa d'aïllament tèrmic d'aerogel de diferents materials té diversos impactes en la fuga tèrmica. Això es deu a la varietat de coeficient de conductivitat tèrmica, que està molt relacionat amb la seva microestructura. La figura 2 mostra l'aspecte SEM de diferents materials abans i després de la crema.

La investigació mostra que tot i que l'aïllament tèrmic de fibra té un preu més baix, el rendiment de bloquejar la propagació de la calor és pitjor que el material d'aerogel. Entre els diferents tipus de materials d'aerogel, l'aerogel de fibra pre-oxidada és el millor, ja que manté l'estructura després de la crema. L'aerogel de fibra ceràmica també funciona bé en l'aïllament tèrmic.

• Material de canvi de fase

El material de canvi de fase també s'utilitza àmpliament per suprimir la propagació tèrmica descontrolada a causa del seu emmagatzematge de calor. La cera és un PCM comú, amb una temperatura de canvi de fase estable. Durant la tèrmicafugitiu, la calor s'allibera massivament. Per tant, el PCM hauria de tenir altrendimentd'absorbir la calor. Tanmateix, la cera té una conductivitat tèrmica baixa, que influirà en l'absorció de calor. Per promoure el seu rendiment, els investigadors intenten combinar la cera amb altres materials, com afegir partícules metàl·liques, utilitzar escuma metàl·lica per carregar PCM, afegirgrafit, nanotub de carboni o grafit expandit, etc. El grafit expandit també pot frenar la flama causada per la fuga tèrmica.

El polímer hidròfil també és una mena de PCM per limitar la pista tèrmica. Els materials polímers hidròfils comuns són: diòxid de silici col·loidal, solució saturada de clorur de calci,Fosfat de tetraetil, tetrafenil hidrogen fosfat, spoliacrilat d'odi, etc.

•  Material híbrid

La fuga tèrmica no es pot frenar si només confiem en l'aerogel. Amb èxitaïllarla calor, hem de combinar l'aerogel amb PCM.

A més del material híbrid, també podem construir material multicapa amb diversos coeficients de conductivitat tèrmica en diferents direccions. Podem utilitzar material d'alta conductivitat tèrmica per conduir la calor fora del mòdul i posar material d'aïllament tèrmic entre les cèl·lules per restringir la propagació tèrmica.

Conclusió

Controlar la propagació tèrmica de la fugida és un tema complicat. Alguns fabricants van fer algunes solucions per suprimir la propagació de la calor, però encara busquen alguna cosa nova per reduir el cost i la influència en la densitat energètica. Encara estem centrant-nos en les darreres investigacions. No n'hi ha“super material” que pot bloquejar totalment la fuga tèrmica. Requereixen molts experiments per obtenir les millors solucions.