背景

モジュールの熱伝播は次の段階を経ます: セルの熱乱用後の熱蓄積、セルの熱暴走、そしてモジュールの熱暴走。単一セルからの熱暴走は影響しません。しかし、熱が他のセルに広がると、伝播によってドミノ効果が発生し、モジュール全体の熱暴走につながり、膨大なエネルギーが放出されます。図1見せる熱暴走試験の結果です。抵抗できない伝播によりモジュールが発火しています。

セル内の熱伝導率は方向によって異なります。熱伝導率は次の方向に高くなります。平行セルのロールコア付き。ロール芯に垂直な方向は導電性が低くなります。したがって、セル間での左右の熱の広がりは、タブからセルへの熱の広がりよりも速くなります。したがって、伝播は 1 次元の伝播として見ることができます。バッテリーモジュールはより高いエネルギー密度を目指して設計されているため、セル間の空間が狭くなり、熱の伝播が悪化します。したがって、モジュール内の熱の拡散を抑制またはブロックすることが考慮されます。効果危険を減らすための方法です。 

モジュールの熱暴走を抑える方法

能動的または受動的に熱暴走を抑制できます。

アクティブ抑制

アクティブな熱拡散抑制は、主に次のような熱管理システムに基づいています。

1) モジュールの底面または内側に冷却パイプを設置し、冷却液を満たします。冷却液を流すことで伝播を効果的に低減できます。

2) モジュール上部に消火パイプを設置します。熱暴走が発生すると、バッテリーから放出される高温のガスがパイプから消火剤を噴霧して伝播を抑制します。

ただし、熱管理には追加のコンポーネントが必要であり、コストの上昇とエネルギー密度の低下につながります。管理体制が機能しなくなる可能性もある。

受動的抑制

受動的抑制は、熱暴走細胞と正常な細胞の間の断熱材料を介した伝播をブロックすることによって機能します。

通常、マテリアルは次の点で特徴付けられる必要があります。

1. 熱伝導率が低い。これは熱の拡散速度を遅くするためです。
2. 高温耐性。材料は高温下で溶解し、耐熱性を失ってはなりません。
3. 密度が低い。これは、体積エネルギー率と質量エネルギー率の影響を低減するためです。

理想的な材料は、熱を吸収するだけでなく、熱の拡散をブロックすることもできます。

素材の分析

• エアロゲル

エアロゲルは「最軽量の断熱素材」と名付けられています。断熱性に優れ、軽量です。熱伝播保護のためにバッテリーモジュールに広く使用されています。エアロゲルには、二酸化ケイ素エアロゲル、エアロゲル、ガラス繊維エアロゲル、酸化前繊維など、さまざまな種類があります。異なる材料のエアロゲル断熱層は、熱暴走にさまざまな影響を与えます。これは、熱伝導率の多様性が微細構造に大きく関係しているためです。図 2 は、焼成前後のさまざまな材料の SEM 外観を示しています。

研究によると、繊維断熱材は価格が低いものの、熱伝播を遮断する性能はエアロゲル素材より劣ります。さまざまな種類のエアロゲル材料の中で、燃焼後も構造を維持するため、酸化前繊維エアロゲルが最も優れた性能を発揮します。セラミックファイバーエアロゲルは断熱性にも優れています。

• 相変化材料

相変化材料は、蓄熱による熱暴走伝播を抑制する目的でも広く使用されています。ワックスは一般的な PCM であり、相変化温度が安定しています。サーマル中逃げる、熱が大量に放出されます。したがって、PCM は高い必要がありますパフォーマンス熱を吸収すること。ただし、ワックスは熱伝導率が低いため、熱吸収に影響を与えます。その性能を促進するために、研究者は、金属粒子を追加したり、金属発泡体を使用して PCM をロードしたり、ワックスを他の材料と組み合わせたりしようとしています。黒鉛、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛など。膨張黒鉛も熱暴走による炎を抑制することができます。

親水性ポリマーも熱暴走を抑制するためのPCMの一種です。一般的な親水性ポリマー材料は、コロイド状二酸化ケイ素、飽和塩化カルシウム溶液、リン酸テトラエチル、テトラリン酸水素フェニル、sポリアクリル酸ナトリウム、など。

•  ハイブリッド素材

エアロゲルだけに頼っていては熱暴走を抑えることはできません。成功するには絶縁する熱を考慮すると、エアロゲルと PCM を組み合わせる必要があります。

ハイブリッド材料以外にも、さまざまな方向にさまざまな熱伝導率を備えた多層材料を構築することもできます。高熱伝導率の材料を使用してモジュールから熱を伝導し、セルの間に断熱材を配置して熱の伝播を制限できます。

結論

熱暴走の伝播を制御することは複雑な課題です。一部のメーカーは熱の拡散を抑制するいくつかのソリューションを開発しましたが、コストとエネルギー密度への影響を下げるために、まだ何か新しいものを模索しています。現在も最新の研究に注力しています。ありません「スーパーマテリアル」 熱暴走を完全にブロックします。最良の解決策を得るには多くの実験が必要です。