چگونه غلاف حرارتی از کابل های باتری خودروهای برقی در برابر انتشار حرارتی محافظت می کند

بسته‌های باتری وسایل نقلیه الکتریکی (EV) از جمله سیستم‌هایی هستند که با دقت مهندسی شده‌اند در حمل‌ونقل مدرن، با این حال خطر فرار حرارتی هنوز هم بسیاری از تحقیقات ایمنی آتش‌سوزی این صنعت را هدایت می‌کند. هنگامی که یک سلول لیتیوم یونی منفرد تحت یک اتصال کوتاه داخلی قرار می گیرد و انرژی ذخیره شده خود را به عنوان گرما آزاد می کند، دمای ماژول آسیب دیده می تواند سریعتر از پاسخ سیستم خنک کننده بسته افزایش یابد. در آن پنجره، کابل ها و دسته سیم ها می توانند به مسیری ناخواسته برای انتشار گرما تبدیل شوند.

غلاف حرارتی یک مانع کاربردی و سبک وزن را ارائه می دهد که انتقال حرارت را کند می کند، تماس شعله را مسدود می کند و از شبکه کابلی اتصال سلول ها، ماژول ها و سیستم کشش محافظت می کند. این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه غلاف حرارتی از کابل‌های باتری EV در برابر انتشار گرما محافظت می‌کند و هنگام انتخاب مواد برای این کاربرد سخت چه مواردی را باید در نظر گرفت.

درک فرار حرارتی و خطر کابل

فرار حرارتی زمانی شروع می شود که یک سلول از نظر مکانیکی آسیب ببیند، شارژ شود یا در معرض یک منبع گرمای خارجی قرار گیرد. دمای داخلی سلول بالا می رود و باعث تجزیه الکترولیت و جداکننده می شود. نتیجه آزاد شدن سریع گرما و اغلب خروج گازهای در حال سوختن است. اگر آن گرما به سلول‌های مجاور برسد، رویداد می‌تواند در سراسر ماژول و در موارد شدید، کل بسته منتشر شود.

مهارهای کابل درگیر هستند زیرا مستقیماً بین سلول‌ها و ماژول‌ها و در امتداد مرزهایی که احتمال وقوع رویدادهای حرارتی وجود دارد، اجرا می‌شوند. یک مهار با یک ژاکت پلاستیکی استاندارد می تواند نرم شود، ذوب شود یا در هنگام تماس با سطحی با دمای بالا مشتعل شود. پس از احتراق، عایق کابل به سوخت اضافی تبدیل می شود که رویداد را طولانی می کند و دود سمی تولید می کند. در مفهوم صرفاً الکتریکی، یک کابل خراب همچنین می تواند ساختارهای مجاور را کوتاه کند و منابع احتراق جدید ایجاد کند.

بنابراین مشکل حفاظتی دو بخش دارد: جلوگیری از تبدیل شدن خود کابل به سوخت، و جلوگیری از انتقال حرارت یا شعله کابل به قسمت‌های آسیب‌دیده بسته. آستین حرارتی هر دو را با احاطه کردن کابل با یک مانع مقاوم در برابر آتش و رسانایی حرارتی کم برطرف می کند. مانند هر اقدام حفاظتی، ماده باید با انرژی مورد انتظار رویداد مطابقت داشته باشد، به همین دلیل است که مهندسان با آن رفتار می کنند آستین مقاوم در برابر دمای بالا به عنوان یک جزء سیستم به جای یک بسته بندی ساده.

چگونه آستین حرارتی انتشار را قطع می کند

یک آستین حرارتی سه کار مجزا را در طول یک رویداد حرارتی انجام می دهد. درک این عملکردها به مهندسان کمک می کند تا فیبر مناسب، ضخامت دیواره و ساختار را برای هر بخش مهار مشخص کنند.

عایق حرارتی: کاهش جریان گرما

الیاف سرامیکی، بازالتی و سیلیسی با رسانایی حرارتی پایین، ساختاری پایدار در اطراف کابل ایجاد می کنند. هنگامی که یک سلول همسایه از 300 درجه سانتیگراد فراتر می رود، آستین زمان لازم برای جذب گرما به هسته کابل را افزایش می دهد. این تأخیر اهمیت دارد زیرا سیستم های تهویه و سرکوب بسته اغلب به چند ثانیه برای پاسخ نیاز دارند.

مسدود کردن شعله: محروم کردن رویداد از سوخت

یک آستین دارای درجه آتش به سادگی در برابر گرما مقاومت نمی کند. از ذوب شدن و اشتعال ژاکت کابل جلوگیری می کند. این عملکرد در سناریوی شعله مستقیم یا گاز پرتاب شده بیشترین اهمیت را دارد. یک آستین مقاوم در برابر شعله در خارج ظاهر می شود در حالی که کابل داخل آن کمتر از دمای اشتعال خود باقی می ماند و از انتشار شعله در طول مهار جلوگیری می کند.

بازتاب حرارت تابشی: کاهش بار سطحی

گرمای تابشی از یک سلول در حال سوختن مجاور می تواند دمای سطح کابل های مجاور را حتی بدون تماس مستقیم افزایش دهد. آستین کامپوزیت فویل آلومینیومی بخش بزرگی از انرژی تابشی را منعکس می کند و کابل محافظت شده را به طور قابل توجهی خنک تر از محیط اطراف خود نگه می دارد. در طرح‌بندی‌های بسته متراکم که کابل‌ها باید از نزدیک مناطق پرخطر عبور کنند، یک لایه بازتابنده می‌تواند قرار گرفتن در معرض حرارت را تا چند صد درجه کاهش دهد.

این سه عملکرد متقابل نیستند. بسیاری از مهارهای EV یک لایه پایه فیبر را با یک فویل یا لایه بیرونی پوشش داده شده ترکیب می‌کنند و به کابل هم عایق و هم انعکاس را در یک جزء می‌دهند. برای نگاهی عمیق تر به نحوه آزمایش و طبقه بندی مواد مقاوم در برابر شعله، به ما مراجعه کنید راهنمای کامل آستین ضد حریق .

انتخاب مواد مناسب برای پوشش کابل باتری

همه آستین های حرارتی به یک اندازه برای محیط EV مناسب نیستند. محفظه باتری گرما، لرزش، لبه های براکت تیز و ولتاژهای الکتریکی بالا را ترکیب می کند، بنابراین ماده انتخابی باید عملکرد دما، چقرمگی مکانیکی و سازگاری الکتریکی را متعادل کند.

برای محافظت متمرکز بر انتشار در نزدیکی گروه های سلولی، روکش الیاف سرامیکی بالاترین حاشیه دما را ارائه می دهد، در حالی که آستین الیاف بازالت تعادل قوی مقاومت در برابر حرارت، عملکرد سایشی و انعطاف پذیری را فراهم می کند. هر دو در ساختارهای بافته و بافتنی موجود هستند که از مسیر طبیعی مهار کابل پیروی می کنند.

آستین الیاف سرامیکی با دمای بالا برای عایق کابل این آستین حرارت مداوم تا 1000 درجه سانتیگراد را تحمل می کند و در برابر شعله و فلز مذاب مقاوم است. پس از بحث در مورد حفاظت متمرکز بر انتشار، برای کاربرانی که به حداکثر حاشیه حرارتی در نزدیکی گروه‌های سلولی نیاز دارند، مناسب است. مشاهده محصول →

آستین فیبر بازالت برای محافظت از کابل در دمای بسیار بالا این آستین با محدوده عملیاتی از -260 درجه سانتیگراد تا 1200 درجه سانتیگراد و مقاومت در برابر اسیدها، قلیاها و تشعشعات، مناسب کاربردهای هوافضا، ریلی و خودرویی است که عملکرد حرارتی و مکانیکی متعادلی مورد نیاز است. مشاهده محصول →

معیارهای عملکرد کلیدی برای کاربردهای EV

هنگام تعیین پوشش حرارتی برای کابل های باتری، داده های عملکرد تأیید شده بیشتر از ادعاهای بازاریابی عمومی اهمیت دارد. معیارهای زیر باید قبل از ادغام با تامین کننده مواد بررسی شوند.

• درجه حرارت مداوم و پیک: درجه بندی باید از بدترین دمای رخداد سلول مجاور فراتر رود، نه فقط دمای حرکت بسته.
• مقاومت در برابر شعله: به دنبال رفتار خود خاموش شونده معادل UL VW-1 یا آزمایشات شعله عمودی مشابه باشید.
• هدایت حرارتی: مقادیر کمتر به معنای تاخیر بیشتر قبل از رسیدن گرما به هسته کابل است.
• مقاومت در برابر سایش: سازه های بافته شده و بافتنی در برابر ساییدگی در برابر لبه های براکت و اتصالات کابل مقاومت می کنند.
• سازگاری الکتریکی: الیاف باید در ولتاژ بالا و رطوبت بالا نارسانا و پایدار باشند.
• انعطاف پذیری و شعاع خمش: آستین باید بدون تاب خوردن یا باز کردن شکاف در درزها، مهار را دنبال کند.

آستین حرارتی تنها زمانی مفید است که در تمام مدت رویداد دست نخورده باقی بماند. ماده‌ای را انتخاب کنید که بالاتر از داغ‌ترین دمای سلول معتبر در بسته باشد و رفتار شعله آن را با یک آزمایش نمونه واقعی تأیید کنید.

بهترین روش های نصب و ادغام

حتی یک آستین به درستی مشخص شده اگر با شکاف یا انتهای ناامن نصب شود، عملکرد ضعیفی خواهد داشت. در مونتاژ بسته باتری، اقدامات زیر مقاومت در برابر انتشار را بهبود می بخشد.

• طول کامل مهار، از جمله انتقال رابط، را بدون هیچ بخش ژاکت پوشش دهید.
• برای ثابت نگه داشتن آستین و جلوگیری از نفوذ رطوبت، لایه های هیت شرینک یا نوار چسب را در انتها همپوشانی کنید.
• از سازه‌های دو لایه در مناطق پرخطر، مانند تقاطع شین‌ها و خروجی‌های کابل به ماژول استفاده کنید.
• یک حلقه سرویس کوچک در انتهای کانکتور بگذارید تا آستین در هنگام لرزش خودرو کشیده یا کشیده نشود.
• آستین را با یک نوار بسته بندی خود چسب یا قلاب و حلقه در جایی که دسترسی به سرویس مورد نیاز است ترکیب کنید.
• نصب را در اسناد سرویس پک ثبت کنید تا تکنسین ها بتوانند مناطق حفاظت شده را در حین نگهداری بازرسی کنند.

از آنجایی که حفاظت از انتشار حرارتی یک ویژگی سیستم است، غلاف باید همراه با تهویه، خنک کننده و پاسخ مدیریت باتری بسته تأیید شود. یک آستین مقاوم با درجه آتش از شبکه کابلی محافظت می کند و برای این سیستم ها زمان می برد تا این رویداد را مهار کنند.

آستین با پوشش سیلیکونی مقاوم در برابر آتش برای محافظت در برابر شعله این آستین از کابل ها در برابر فلز مذاب، شعله های باز و گرمای تابشی محافظت می کند و در عین حال عایق الکتریکی را نیز فراهم می کند. در جایی که غلاف دارای درجه آتش از مهار انتشار حرارتی در بسته‌های باتری و تجهیزات صنعتی پشتیبانی می‌کند، مهم است. مشاهده محصول →

سوالات متداول

نتیجه گیری: یک لایه عملی ایمنی آتش نشانی EV

انتشار فرار حرارتی مسیر کمترین مقاومت را دنبال می‌کند و کابل‌های محافظت نشده اغلب دقیقاً همین هستند. غلاف حرارتی با عایق کردن هسته کابل، مسدود کردن تماس شعله و انعکاس گرمای تابشی به دور از بخش های مهار بحرانی، مسیر را قطع می کند. هنگامی که مواد در برابر دمای رویداد واقعی انتخاب می‌شوند و به عنوان بخشی از طراحی بسته معتبر نصب می‌شوند، بدون به خطر انداختن وزن، فضا یا قابلیت سرویس‌دهی وسیله نقلیه، یک لایه ایمنی معنادار اضافه می‌کند.

برای مهندسان خودروهای برقی و یکپارچه سازان بسته باتری، نکته مهم واضح است: شبکه کابلی مستحق همان نظم و انضباط حفاظت حرارتی مانند خود سلول ها است.