Pozadí

Tepelné šíření modulu prochází následujícími fázemi: Akumulace tepla po tepelném zneužití článku, tepelný únik článku a poté tepelný únik modulu.Tepelný únik z jediné buňky nemá vliv;když se však teplo rozšíří do dalších článků, šíření způsobí dominový efekt, což povede k tepelnému útěku celého modulu a uvolnění masivní energie.Obrázek 1ukázatje výsledkem testu tepelného úniku.Modul je v plamenech kvůli neodolatelnému šíření.

Tepelná vodivost uvnitř článku se bude lišit podle různých směrů.Součinitel tepelné vodivosti bude ve směru vyššíparalelnís válcovým jádrem buňky;zatímco směr, který je vertikální k jádru role, má nižší vodivost.Tepelné šíření ze strany na stranu mezi buňkami je proto rychlejší než přes plošky k buňkám.Proto lze na šíření pohlížet jako na jednorozměrné šíření.Protože jsou bateriové moduly navrženy pro vyšší hustotu energie, prostor mezi články se zmenšuje, což zhorší šíření tepla.Proto bude potlačení nebo zablokování šíření tepla v modulu považováno zaúčinekzpůsob, jak snížit nebezpečí. 

Způsob, jak potlačit tepelný únik v modulu

Tepelný útěk můžeme omezit aktivně nebo pasivně.

Aktivní potlačení

Aktivní potlačení šíření tepla je většinou založeno na systému řízení teploty, jako je:

1) Umístěte chladicí trubky na spodní nebo vnitřní strany modulu a naplňte je chladicí kapalinou.Proudění chladicí kapaliny může účinně snížit šíření.

2) Umístěte hasicí potrubí na horní část modulu.Když dojde k tepelnému úniku, vysokoteplotní plyn uvolňovaný z baterie spustí potrubí, aby vystříklo hasivo, aby se potlačilo šíření.

Tepelný management však vyžaduje další komponenty, což vede k vyšším nákladům a nižší hustotě energie.Existuje také možnost, že systém řízení nebude fungovat.

Pasivní potlačení

Pasivní potlačení funguje tak, že blokuje šíření adiabatickým materiálem mezi tepelně uniklými buňkami a normálními buňkami.

Normálně by měl materiál obsahovat:

1. Nízká tepelná vodivost.Tím se sníží rychlost šíření tepla.
2. Vysoká teplotní odolnost.Materiál by se při vysoké teplotě neměl rozpouštět a ztrácet schopnost tepelné odolnosti.
3. Nízká hustota.To má snížit vliv objemově-energetického poměru a hmotnostně-energetického poměru.

Ideální materiál může mezitím blokovat šíření tepla a také teplo absorbovat.

Analýza materiálu

• Aerogel

Aerogel je označován jako „nejlehčí tepelně izolační materiál“.Má dobrou tepelnou izolaci a váží světlo.Je široce používán v bateriových modulech pro ochranu proti šíření tepla.Existuje mnoho druhů aerogelů, jako je aerogel oxidu křemičitého, aerogel, aerogel ze skleněných vláken a předoxidované vlákno.Aerogelová tepelně izolační vrstva z různých materiálů má různý vliv na tepelný únik.Důvodem je rozmanitost koeficientu tepelné vodivosti, který velmi souvisí s jeho mikrostrukturou.Obrázek 2 ukazuje SEM vzhled různého materiálu před a po spálení.

Výzkum ukazuje, že i když je tepelná izolace z vláken nižší ceny, účinnost blokování šíření tepla je horší než u aerogelového materiálu.Mezi různými druhy aerogelových materiálů má aerogel z předoxidovaných vláken nejlepší výsledky, protože udržuje strukturu po spálení.Aerogel z keramických vláken také dobře funguje jako tepelná izolace.

• Materiál pro změnu fáze

Materiál s fázovou změnou je také široce používán pro potlačení šíření tepelného úniku v důsledku jeho akumulačního tepla.Vosk je běžný PCM se stabilní teplotou změny fáze.Během termikyutéct, dochází k masivnímu uvolňování tepla.Proto by měl mít PCM vysokývýkono pohlcování tepla.Vosk má však nízkou tepelnou vodivost, což ovlivní absorpci tepla.Aby podpořili jeho výkon, výzkumníci se snaží kombinovat vosk s jinými materiály, jako je přidání kovových částic, použití kovové pěny k naplnění PCM, přidánígrafit, uhlíková nano trubice nebo expandovaný grafit atd. Expandovaný grafit může také omezit plamen způsobený tepelným únikem.

Hydrofilní polymer je také druh PCM pro omezení tepelné dráhy.Běžné hydrofilní polymerní materiály jsou: koloidní oxid křemičitý, nasycený roztok chloridu vápenatého,tetraethylfosfát, tetrafenylhydrogenfosfát, sodium polyakrylát, atd.

•  Hybridní materiál

Tepelný únik nelze omezit, pokud se spoléháme pouze na aerogel.Úspěšněizolovatteplo, potřebujeme spojit aerogel s PCM.

Kromě hybridního materiálu můžeme konstruovat i vícevrstvý materiál s různými koeficienty tepelné vodivosti v různých směrech.Můžeme použít materiál s vysokou tepelnou vodivostí k vedení tepla z modulu a umístit tepelně izolační materiál mezi články, aby se omezilo šíření tepla.

Závěr

Řízení šíření tepelného úniku je komplikované téma.Někteří výrobci vytvořili řešení pro potlačení šíření tepla, ale stále hledají něco nového, aby snížili náklady a vliv na hustotu energie.Stále se zaměřujeme na nejnovější výzkumy.Tady není žádný“super materiál“ které mohou zcela zablokovat tepelný únik.Vyžaduje mnoho experimentů, abychom získali nejlepší řešení.