Hintergrund

Die thermische Ausbreitung eines Moduls durchläuft folgende Phasen: Wärmeakkumulation nach thermischem Missbrauch der Zelle, thermisches Durchgehen der Zelle und dann thermisches Durchgehen des Moduls. Das thermische Durchgehen einer einzelnen Zelle hat keinen Einfluss; Wenn sich die Wärme jedoch auf andere Zellen ausbreitet, kommt es zu einem Dominoeffekt, der zum thermischen Durchgehen des gesamten Moduls führt und enorme Energie freisetzt. Abbildung 1zeigenDas ist das Ergebnis eines Thermal-Runaway-Tests. Das Modul brennt aufgrund unaufhaltsamer Ausbreitung.

Die Wärmeleitfähigkeit innerhalb einer Zelle ist je nach Richtung unterschiedlich. Der Wärmeleitkoeffizient wird in der Richtung höher seinparallelmit dem Rollkern einer Zelle; während die Richtung vertikal zum Rollenkern eine geringere Leitfähigkeit aufweist. Daher ist die Wärmeausbreitung von einer Seite zur anderen zwischen den Zellen schneller als durch Laschen zu den Zellen. Daher kann die Ausbreitung als eindimensionale Ausbreitung angesehen werden. Da Batteriemodule für eine höhere Energiedichte ausgelegt sind, wird der Raum zwischen den Zellen kleiner, was die Wärmeausbreitung verschlechtert. Daher wird die Unterdrückung oder Blockierung der Wärmeausbreitung im Modul als eine Maßnahme betrachtetWirkungEine gute Möglichkeit, Gefahren zu verringern. 

Die Möglichkeit, thermisches Durchgehen in einem Modul zu unterdrücken

Wir können Thermal Runaway aktiv oder passiv eindämmen.

Aktive Unterdrückung

Die aktive Unterdrückung der Wärmeausbreitung basiert hauptsächlich auf Wärmemanagementsystemen wie:

1) Kühlrohre am Boden oder an den Innenseiten eines Moduls anbringen und mit Kühlflüssigkeit füllen. Durch das Fließen von Kühlflüssigkeit kann die Ausbreitung wirksam verringert werden.

2) Feuerlöschrohre auf der Oberseite eines Moduls anbringen. Wenn es zu einem thermischen Durchgehen kommt, veranlasst das aus der Batterie freigesetzte Hochtemperaturgas die Rohre zum Versprühen von Löschmittel, um die Ausbreitung zu unterdrücken.

Allerdings erfordert ein Wärmemanagement zusätzliche Komponenten, was zu höheren Kosten und einer geringeren Energiedichte führt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Managementsystem nicht wirksam wird.

Passive Unterdrückung

Die passive Unterdrückung funktioniert, indem sie die Ausbreitung durch adiabatisches Material zwischen thermisch außer Kontrolle geratenen Zellen und normalen Zellen blockiert.

Normalerweise sollte das Material enthalten sein in:

1. Geringe Wärmeleitfähigkeit. Dadurch soll die Geschwindigkeit der Wärmeausbreitung verringert werden.
2. Hohe Temperaturbeständigkeit. Das Material sollte sich bei hohen Temperaturen nicht auflösen und seine Fähigkeit zur thermischen Beständigkeit verlieren.
3. Geringe Dichte. Dadurch soll der Einfluss der Volumen-Energie-Rate und der Masse-Energie-Rate verringert werden.

Das ideale Material kann dabei sowohl die Wärmeausbreitung blockieren als auch die Wärme absorbieren.

Analyse zum Material

• Aerogel

Aerogel wird als „das leichteste Wärmedämmmaterial“ bezeichnet. Es verfügt über eine gute Wärmeisolierung und ein geringes Gewicht. Es wird häufig in Batteriemodulen zum Schutz vor thermischer Ausbreitung eingesetzt. Es gibt viele Arten von Aerogelen, wie Siliziumdioxid-Aerogel, Aerogel, Glasfaser-Aerogel und voroxidierte Fasern. Aerogel-Wärmeisolationsschichten aus verschiedenen Materialien haben unterschiedliche Auswirkungen auf das thermische Durchgehen. Dies liegt an der Vielfalt des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, der stark mit seiner Mikrostruktur zusammenhängt. Abbildung 2 zeigt das REM-Erscheinungsbild verschiedener Materialien vor und nach dem Brennen.

Untersuchungen zeigen, dass Faser-Wärmedämmung zwar günstiger ist, die Wärmeausbreitung jedoch schlechter blockiert als bei Aerogel-Material. Unter den verschiedenen Arten von Aerogelmaterialien schneidet voroxidiertes Faseraerogel am besten ab, da es die Struktur nach dem Brennen beibehält. Auch bei der Wärmedämmung leistet Keramikfaser-Aerogel gute Dienste.

• Phasenwechselmaterial

Phasenwechselmaterial wird aufgrund seiner Wärmespeicherung auch häufig zur Unterdrückung der Ausbreitung von thermischem Durchgehen eingesetzt. Wachs ist ein übliches PCM mit stabiler Phasenwechseltemperatur. Während der ThermikAusreißerDabei wird massiv Wärme freigesetzt. Daher sollte PCM hoch seinLeistungder Aufnahme von Wärme. Allerdings hat Wachs eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was die Wärmeaufnahme beeinträchtigt. Um seine Leistung zu steigern, versuchen Forscher, Wachs mit anderen Materialien zu kombinieren, z. B. Metallpartikel hinzuzufügen, Metallschaum zum Laden von PCM zu verwenden, hinzuzufügenGraphit, Kohlenstoffnanoröhren oder expandierter Graphit usw. Expandierter Graphit kann auch die durch thermisches Durchgehen verursachte Flamme eindämmen.

Hydrophiles Polymer ist auch eine Art PCM zur Begrenzung thermischer Runways. Übliche hydrophile Polymermaterialien sind: kolloidales Siliziumdioxid, gesättigte Calciumchloridlösung,Tetraethylphosphat, TetraPhenylhydrogenphosphat, SNatriumpolyacrylat, usw.

•  Hybridmaterial

Das thermische Durchgehen kann nicht eingedämmt werden, wenn wir uns nur auf Aerogel verlassen. Um erfolgreich zu seinisolierenUm die Hitze zu reduzieren, müssen wir das Aerogel mit PCM kombinieren.

Neben dem Hybridmaterial können wir auch Mehrschichtmaterialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten in verschiedene Richtungen aufbauen. Wir können Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwenden, um die Wärme aus dem Modul abzuleiten, und Wärmeisolationsmaterial zwischen den Zellen anbringen, um die Wärmeausbreitung einzuschränken.

Abschluss

Die Ausbreitung thermischen Durchgehens zu kontrollieren ist ein kompliziertes Thema. Einige Hersteller haben einige Lösungen zur Unterdrückung der Wärmeausbreitung entwickelt, sind jedoch immer noch auf der Suche nach etwas Neuem, um die Kosten und den Einfluss auf die Energiedichte zu senken. Wir konzentrieren uns weiterhin auf die neuesten Forschungsergebnisse. Es gibt keine„Supermaterial” Dadurch kann ein thermisches Durchgehen vollständig blockiert werden. Es sind viele Experimente erforderlich, um die besten Lösungen zu erhalten.