Fondo

A propagación térmica dun módulo experimenta as seguintes etapas: acumulación de calor despois do abuso térmico da célula, fuga térmica da célula e despois fuga térmica do módulo. A fuga térmica dunha soa célula non inflúe; porén, cando a calor se estende a outras células, a propagación provocará un efecto dominó, que levará á fuga térmica de todo o módulo, liberando unha enerxía masiva. Figura 1mostrars o resultado da proba de fuga térmica. O módulo está en chamas debido á propagación irresistible.

A condutividade da calor dentro dunha célula será diferente segundo as diferentes direccións. O coeficiente de condutividade térmica será maior na direcciónparaleloco núcleo de rolo dunha cela; mentres que a dirección que é vertical ao núcleo do rolo ten menor condutividade. Polo tanto, a propagación térmica dun lado a outro entre as celas é máis rápida que a través das pestanas ás celas. Polo tanto, a propagación pódese ver como unha propagación unidimensional. Como os módulos de batería están deseñados para unha maior densidade de enerxía, o espazo entre as celas vaise facendo máis pequeno, o que empeorará a propagación térmica. Polo tanto, suprimir ou bloquear a propagación da calor no módulo considerarase como unefectoxeito de diminuír os riscos. 

A forma de suprimir a fuga térmica nun módulo

Podemos conter a fuga térmica de forma activa ou pasiva.

Supresión activa

A supresión activa da propagación térmica baséase principalmente no sistema de xestión térmica, como:

1) Coloque os tubos de refrixeración na parte inferior ou nos lados interiores dun módulo e enche con líquido de refrixeración. O fluxo de líquido de refrixeración pode diminuír efectivamente a propagación.

2) Montar tubos de extinción de incendios na parte superior dun módulo. Cando hai fuga térmica, o gas de alta temperatura liberado da batería provocará que os tubos pulverizan extintor para suprimir a propagación.

Non obstante, unha xestión térmica require compoñentes adicionais, leva a un maior custo e unha menor densidade de enerxía. Tamén existe a posibilidade de que o sistema de xestión non teña efecto.

Supresión pasiva

A supresión pasiva funciona bloqueando a propagación a través do material adiabático entre as células desbocadas térmicas e as células normais.

Normalmente o material debería aparecer en:

1. Baixa condutividade térmica. Isto é para reducir a velocidade de propagación da calor.
2. Resistencia a altas temperaturas. O material non debe resolverse a altas temperaturas e perder a capacidade de resistencia térmica.
3. Baixa densidade. Isto é para diminuír a influencia da taxa volume-enerxía e da taxa de masa-enerxía.

Mentres tanto, o material ideal pode bloquear a propagación da calor e absorber a calor.

Análise sobre o material

• Aeroxel

O aeroxel é nomeado como "o material de illamento térmico máis lixeiro". Está ben realizado no illamento térmico e pesa lixeiro. É amplamente utilizado no módulo de batería para a protección da propagación térmica. Hai moitos tipos de aeroxel, como o aeroxel de dióxido de silicio, o aeroxel, o aeroxel de fibra de vidro e a fibra pre-oxidada. A capa de illamento térmico de aeroxel de diferentes materiais teñen varios impactos na fuga térmica. Isto débese á variedade de coeficiente de condutividade térmica, que está moi relacionado coa súa micro estrutura. A figura 2 mostra o aspecto SEM de diferentes materiais antes e despois da queima.

A investigación mostra que aínda que o illamento térmico da fibra ten un prezo máis baixo, o rendemento de bloquear a propagación da calor é peor que o material de aeroxel. Entre os diferentes tipos de materiais de aeroxel, o aeroxel de fibra pre-oxidada é o mellor, xa que mantén a estrutura despois da queima. O aeroxel de fibra cerámica tamén funciona ben no illamento térmico.

• Material de cambio de fase

O material de cambio de fase tamén se usa amplamente para suprimir a propagación térmica desbocada debido ao seu almacenamento de calor. A cera é un PCM común, cunha temperatura de cambio de fase estable. Durante a térmicafuxido, a calor é liberada masivamente. Polo tanto, o PCM debería ter altorendementode absorber calor. Non obstante, a cera ten baixa condutividade térmica, o que influirá na absorción de calor. Para promover o seu rendemento, os investigadores intentan combinar a cera con outros materiais, como engadir partículas metálicas, usar escuma metálica para cargar PCM, engadirgrafito, nanotubo de carbono ou grafito expandido, etc. O grafito expandido tamén pode conter a chama causada pola fuga térmica.

O polímero hidrófilo tamén é unha especie de PCM para limitar a pista térmica. Os materiais polímeros hidrófilos comúns son: dióxido de silicio coloidal, solución saturada de cloruro de calcio,Fosfato de tetraetilo, tetrafosfato de fenilo hidróxeno, spoliacrilato de odio, etc.

•  Material híbrido

Non se pode frear a fuga térmica se só confiamos no aeroxel. Para con éxitoillara calor, necesitamos combinar o aerogel con PCM.

Ademais do material híbrido, tamén podemos construír material multicapa con varios coeficientes de condutividade térmica en diferentes direccións. Podemos usar material de alta condutividade térmica para sacar a calor do módulo e poñer material de illamento térmico entre as celas para restrinxir a propagación térmica.

Conclusión

Controlar a propagación da fuga térmica é un tema complicado. Algúns fabricantes fixeron algunhas solucións para suprimir a propagación da calor, pero aínda están a buscar algo novo para reducir o custo e a influencia sobre a densidade de enerxía. Seguimos centrándonos nas últimas investigacións. Non hai"super material” que pode bloquear totalmente a fuga térmica. Require moitos experimentos para obter as mellores solucións.