Bakgrunn

Den termiske forplantningen av en modul opplever følgende stadier: Varmeakkumulering etter celletermisk misbruk, celletermisk løping og deretter modultermisk løping. Termisk løping fra en enkelt celle er ikke innflytelsesrik; men når varmen sprer seg til andre celler, vil forplantningen forårsake en dominoeffekt, som fører til termisk løping av hele modulen, og frigjør massiv energi. Figur 1viseer resultatet av termisk runaway-test. Modulen er i brann på grunn av uimotståelig forplantning.

Varmeledningsevnen i en celle vil være forskjellig i forskjellige retninger. Koeffisienten for varmeledningsevne vil være høyere i retningenparallellmed rullekjernen til en celle; mens retningen som er vertikal til rullekjernen har lavere ledningsevne. Derfor er termisk spredning fra side til side mellom cellene raskere enn den gjør gjennom faner til celler. Derfor kan forplantningen sees på som en en-dimensjons forplantning. Ettersom batterimoduler er designet for høyere energitetthet, blir rommet mellom cellene mindre, noe som vil forverre termisk forplantning. Derfor vil undertrykking eller blokkering av varmespredning i modulen betraktes som eneffektive måten å redusere farene på. 

Måten å undertrykke termisk løping i en modul

Vi kan begrense termisk løping aktivt eller passivt.

Aktiv undertrykkelse

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

1) Sett kjølerør på bunnen eller innsiden av en modul, og fyll med kjølevæske. Strømmen av kjølevæske kan effektivt redusere forplantningen.

2) Sett opp brannslukningsrør på toppen av en modul. Når det er termisk løping, vil høytemperaturgassen som slippes ut fra batteriet få rørene til å sprøyte ut brannslukningsmiddel for å undertrykke spredning.

En termisk styring krever imidlertid ekstra komponenter, fører til høyere kostnader og lavere energitetthet. Det er også en mulighet for at styringssystemet ikke trer i kraft.

Passiv undertrykkelse

Passiv undertrykkelse virker ved å blokkere forplantning gjennom adiabatisk materiale mellom termiske løpende celler og normale celler.

Normalt skal materialet inneholde:

1. Lav varmeledningsevne. Dette for å senke hastigheten på varmespredningen.
2. Høy temperaturmotstand. Materialet skal ikke løses under høy temperatur og miste evnen til termisk motstand.
3. Lav tetthet. Dette for å senke påvirkningen av volum-energirate og masse-energirate.

Det ideelle materialet kan i mellomtiden blokkere varmespredningen samt absorbere varmen.

Analyse på materiale

• Aerogel

Aerogel er kåret til "det letteste varmeisolasjonsmaterialet". Det er godt utført i varmeisolasjon og veier lett. Den er mye brukt i batterimodul for termisk forplantningsbeskyttelse. Det finnes mange typer aerogel, som silisiumdioksid aerogel, aerogel, glassfiber aerogel og pre-oksidert fiber. Aerogel varmeisolasjonslag av forskjellige materialer har ulik innvirkning på termisk løping. Dette er fordi variasjonen av termisk konduktivitetskoeffisient, som er sterkt relatert til mikrostrukturen. Figur 2 viser SEM-utseendet til forskjellig materiale før og etter brenning.

Forskning viser at selv om fibervarmeisolasjon er lavere i pris, er ytelsen til å blokkere varmespredning dårligere enn aerogelmateriale. Blant forskjellige typer aerogelmaterialer, presterer preoksidert fiberaerogel best, siden den opprettholder strukturen etter forbrenning. Keramisk fiber aerogel fungerer også godt i varmeisolasjon.

• Faseendringsmateriale

Faseendringsmateriale er også mye brukt for å undertrykke termisk løpsk forplantning på grunn av dets lagring av varme. Voks er en vanlig PCM, med stabil faseskiftetemperatur. Under termiskløpsk, frigjøres varmen massivt. Derfor bør PCM ha høyytelseå absorbere varme. Imidlertid har voks lav varmeledningsevne, noe som vil påvirke varmeabsorberingen. For å fremme ytelsen prøver forskerne å kombinere voks med andre materialer, som å legge til metallpartikler, bruke metallskum for å laste PCM, legge tilgrafitt, karbon nanorør eller ekspandert grafitt osv. Ekspandert grafitt kan også begrense flammen forårsaket av termisk løping.

Hydrofil polymer er også en slags PCM for å begrense termisk rullebane. Vanlige hydrofile polymermaterialer er: kolloidalt silisiumdioksid, mettet kalsiumkloridløsning,Tetraetylfosfat, tetrafenylhydrogenfosfat, sodium polyakrylat, osv.

•  Hybrid materiale

Termisk løping kan ikke holdes tilbake hvis vi bare stoler på aerogel. For å lykkesisolerevarmen, må vi kombinere aerogelen med PCM.

I tillegg til hybridmaterialet kan vi også konstruere flerlagsmateriale med forskjellige varmeledningskoeffisienter i forskjellige retninger. Vi kan bruke materiale med høy termisk ledningsevne for å lede varmen ut av modulen, og legge varmeisolasjonsmateriale mellom cellene for å begrense termisk forplantning.

Konklusjon

Å kontrollere termisk løpsk forplantning er et komplisert tema. Noen produsenter laget noen løsninger for å dempe varmespredningen, men de leter fortsatt etter noe nytt for å redusere kostnadene og påvirkningen på energitettheten. Vi fokuserer fortsatt på den nyeste forskningen. Det er nei"super materiale” som totalt kan blokkere termisk løping. Det krever mange eksperimenter for å få de beste løsningene.