Sudah tiba masanya: 6 fasa perambatan lari terma

Pembiakan lari terma adalah satu cabaran yang kompleks. Tidak kira kimia sel atau seni bina pek, bateri litium-ion berisiko mengalami peristiwa larian haba. Walaupun tiada penyelesaian satu saiz yang sesuai untuk semua, jurutera bateri tidak perlu mencipta semula roda apabila membangunkan penyelesaian untuk memenuhi keperluan keselamatan yang kritikal. Dengan memahami selok-belok setiap peringkat pelarian haba, jurutera boleh menemui tuil yang hendak ditarik untuk mencapai prestasi dan matlamat keselamatan mereka.

Apakah Thermal Runaway?

Bateri litium-ion menjana sedikit haba semasa ia berkitar. Tindak balas kimia dalam sel boleh dipercepatkan apabila dicetuskan oleh mekanikal (cth, sel tertusuk), elektrik (cth, pengecasan berlebihan), dan penyalahgunaan haba (cth, terlalu panas). Apabila suhu meningkat, sel kehilangan keupayaan untuk menghilangkan haba, yang boleh mengakibatkan sel terbakar (iaitu, pelarian haba). Larian haba dalam satu sel ialah peristiwa penyelenggaraan tetapi boleh merambat dengan cepat ke sel lain — perambatan haba – yang merupakan isu keselamatan.

Pembiakan Terma Dalam Skala Masa Pendek dan Panjang

Garis panduan semasa mengesyorkan bahawa semua penumpang mesti boleh keluar dari kenderaan dengan selamat dalam tempoh lima minit pertama kejadian lari haba dikesan. Memandangkan jurutera bateri lebih memahami teknologi, peraturan yang lebih ketat dan jadual waktu yang lebih tinggi mungkin akan berlaku. Matlamat utama adalah untuk mencipta sistem bukan penyebaran, tetapi industri mempunyai perjalanan yang jauh.

Jangka Pendek

Beberapa minit pertama peristiwa pelarian haba adalah bahan letupan dan ganas. Memahami mekanisme ini adalah penting untuk mengurangkan penyebaran haba untuk memenuhi peraturan lima minit.

1. Pengaliran Sel-ke-Sel

Pengaliran sel berlaku apabila tenaga daripada sel pencetus dipindahkan ke sel bersebelahan melalui sentuhan bersemuka. Haba yang dihasilkan dalam kantung dan sel prismatik dikongsi dengan dua sel bersebelahan, manakala sel silinder biasanya akan berkongsi dengan enam jiran (walaupun kesan tepi/sudut).

Penghalang sel-ke-sel (C2C) yang berkesan ialah barisan pertahanan pertama untuk memerangi penyebaran haba, berfungsi sebagai tembok api antara sel bersebelahan. Ia mestilah penghalang konduktif, penebat, atau tembok api antara sel. Semasa pelarian haba, penghalang C2C berperanan untuk melindungi sel bersebelahan daripada sel pencetus. Ia mestilah senipis mungkin, memberikan rintangan haba yang sangat tinggi semasa dimampatkan, dan menahan suhu 850°C atau lebih tinggi.

PyroThin ialah penghalang sel-ke-sel peneraju industri kerana ia menyediakan perlindungan terma dan mekanikal ke atas keseluruhan kitaran hayat kenderaan dalam format ultranipis dan ringan. Teknologi airgel unik Aspen membolehkan PyroThin untuk bertindak sebagai pad mampatan dan penghalang kebakaran. PyroThin ialah platform boleh laras yang boleh disesuaikan untuk memenuhi keperluan terma, tindak balas mampatan dan ketebalan.

2. Pembakaran Utama

Pengurusan gas adalah kunci untuk membuat reka bentuk bukan penyebaran. Pelepasan gas dari sel berlaku dalam dua langkah:

• Semasa pembakaran primer semua bahan tindak balas untuk proses pembakaran datang dari dalam sel. Pembakaran primer biasanya bermula di dalam sel dan kemudian boleh beralih ke luar apabila bahan tindak balas dikeluarkan.
• Pembakaran sekunder berlaku apabila bahan panas yang kaya dengan bahan api di dalam sel dikeluarkan dan bertindak balas dengan kuat dengan udara di ruang kepala di atas sel.

Pengurusan gas adalah penting untuk memanjangkan masa kelewatan penyebaran melebihi ambang lima minit. Melainkan dikawal dengan betul, gas panas boleh merebak dengan cepat ke bahagian atas dan sisi modul, mencetuskan sel bersebelahan secara langsung, dan membuat litar pintas semua mekanisme perlindungan yang lain.

3. Pancutan Zarah Panas

Di samping melepaskan gas panas dari sel dalam pelarian, selalunya terdapat pengusiran halaju tinggi zarah panas termasuk aluminium cair, bit plastik cair atau berkarbonat, dan ketulan pepejal tembaga. Zarah-zarah ini menjadikan masalah pengurusan gas menjadi lebih sukar, kerana ia menyebabkan kawasan sekitar kepada haba dan letupan hakisan tertumpu selama 60 saat.

Jangka Panjang

Mengandungi acara lari terma dengan PyroThin boleh menjadi seperti menangkap haiwan liar - ia menimbulkan persoalan: "Sekarang apa?" Semua tenaga haba itu masih mesti disalirkan, dan terdapat berbilang laluan untuk mengalir ke bawah. Seperti yang diterangkan di bawah, setiap laluan mesti dikawal, supaya semua yang mengandungi haba tidak mengalir ke dalam sel bersebelahan.

4. Laluan Konduktif Sekunder Menendang Masuk

Apabila peristiwa perambatan haba berjalan lebih lama, laluan pengaliran sekunder menjadi kritikal dan terdapat banyak daripadanya, termasuk:

• Bar bas selalunya diperbuat daripada aluminium atau tembaga, menjadikannya konduktor elektrik yang baik. Bar bas menyediakan laluan dari satu tab sel ke jirannya. Halangan sel-ke-sel mempunyai kesan sifar pada jambatan haba ini kerana ia tidak melangkaui profil sel.
• Plat penyejuk, sama ada aktif atau tidak aktif, biasanya merupakan kepingan aluminium yang besar. Ia membentuk laluan yang terowong di bawah penghalang C2C, memintasnya sebagai jambatan haba.

5. Perolakan Semulajadi Merentasi Jurang Udara

Perolakan semula jadi (berbanding dengan perolakan yang dipacu tekanan semasa pengudaraan aktif) berlaku apabila produk pembakaran panas merebak ke seluruh dan di sekeliling modul, memanaskan terus sel bersebelahan.

6. Penyejukan Aktif

Penyejukan aktif adalah kad liar kerana sistem pengurusan haba kenderaan mungkin tidak sentiasa utuh dan berfungsi, terutamanya dalam senario selepas kemalangan. Jika ada, sistem penyejukan aktif boleh - dalam skala masa yang cukup lama - menyerap haba berlebihan dan menolaknya dengan selamat. Sistem pengurusan terma secara amnya tidak berkesan semasa tempoh lima minit permulaan acara lari terma kerana kadar penjanaan haba mengatasi kapasiti penolakan haba sistem. Walau bagaimanapun, dalam jangka masa yang lebih panjang (cth, 15, 30, 60 minit), penyejukan aktif adalah baik untuk mengeluarkan tenaga haba yang berlebihan dan menolaknya, membantu mengurangkan perambatan haba.

Apabila membangunkan strategi pencegahan perambatan haba, jurutera bateri harus mengingati semua laluan di atas. Dalam ujian modul mini baru-baru ini, PyroThin berulang kali menghentikan perambatan lari terma pada tahap sel ke sel. Walaupun hanya secebis teka-teki, mengasingkan pengaliran sel ke sel dan membuktikan bahawa pelarian haba boleh dihentikan membolehkan tumpuan beralih ke laluan lain.

Aspen Aerogels menawarkan reka bentuk kejuruteraan yang mantap dan sokongan prototaip. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang PyroThin atau untuk menjadualkan mesyuarat dengan pasukan teknikal kami, hubungi kami hari ini