Pozadina

Toplinsko širenje modula prolazi kroz sljedeće faze: Akumulacija topline nakon toplinske zlouporabe ćelije, toplinski bijeg ćelije i zatim toplinski bijeg modula. Toplinski bijeg iz jedne ćelije nije utjecajan; međutim, kada se toplina proširi na druge ćelije, širenje će izazvati domino efekt, što dovodi do toplinskog bijega cijelog modula, oslobađajući ogromnu energiju. Slika 1pokazatirezultat je termičkog ispitivanja. Modul je u plamenu zbog neodoljivog širenja.

Provodljivost topline unutar ćelije bit će različita prema različitim smjerovima. Koeficijent toplinske vodljivosti bit će veći u smjeruparalelnos rolnom jezgrom ćelije; dok smjer koji je okomit na jezgru valjka ima nižu vodljivost. Stoga je toplinsko širenje s jedne na drugu stranu između ćelija brže nego kroz jezičke na ćelije. Stoga se širenje može promatrati kao jednodimenzionalno širenje. Kako su baterijski moduli dizajnirani za veću gustoću energije, prostor između ćelija postaje sve manji, što će pogoršati širenje topline. Stoga će se suzbijanje ili blokiranje širenja topline u modulu smatratiučinakdobar način za smanjenje opasnosti. 

Način suzbijanja toplinskog odlaska u modulu

Toplinski bijeg možemo obuzdati aktivno ili pasivno.

Aktivno potiskivanje

Aktivno suzbijanje širenja topline uglavnom se temelji na sustavu upravljanja toplinom, kao što su:

1) Postavite rashladne cijevi na dno ili unutarnje strane modula i napunite rashladnom tekućinom. Protok rashladne tekućine može učinkovito smanjiti širenje.

2) Postavite cijevi za gašenje požara na vrh modula. Kada dođe do toplinskog odlaska, plin visoke temperature koji se oslobađa iz akumulatora potaknut će cijevi da rasprše sredstvo za gašenje kako bi se spriječilo širenje.

Međutim, upravljanje toplinom zahtijeva dodatne komponente, što dovodi do viših troškova i manje gustoće energije. Također postoji mogućnost da sustav upravljanja možda neće stupiti na snagu.

Pasivno potiskivanje

Pasivna supresija djeluje tako da blokira širenje kroz adijabatski materijal između toplinski odbjeglih stanica i normalnih stanica.

Obično bi materijal trebao biti predstavljen u:

1. Niska toplinska vodljivost. Time se smanjuje brzina širenja topline.
2. Otpornost na visoke temperature. Materijal se ne smije raspadati pod visokom temperaturom i izgubiti sposobnost toplinske otpornosti.
3. Niska gustoća. Time se smanjuje utjecaj odnosa volumen-energija i masa-energija.

Idealan materijal u međuvremenu može blokirati širenje topline, kao i apsorbirati toplinu.

Analiza materijala

• Aerogel

Aerogel je nazvan "najlakšim toplinsko-izolacijskim materijalom". Dobro se ponaša kao toplinska izolacija i lagana je. Naširoko se koristi u baterijskom modulu za zaštitu od širenja topline. Postoje mnoge vrste aerogela, poput aerogela silicijevog dioksida, aerogela, aerogela od staklenih vlakana i prethodno oksidiranih vlakana. Toplinski izolacijski sloj aerogela od različitih materijala ima različit utjecaj na toplinski odvod. To je zbog raznolikosti koeficijenata toplinske vodljivosti, koji je usko povezan s njegovom mikrostrukturom. Slika 2 prikazuje SEM izgled različitih materijala prije i nakon spaljivanja.

Istraživanja pokazuju da iako je toplinska izolacija od vlakana niža cijena, izvedba blokiranja širenja topline lošija je od materijala aerogela. Među različitim vrstama aerogel materijala, prethodno oksidirani vlaknasti aerogel ima najbolju izvedbu jer održava strukturu nakon spaljivanja. Aerogel od keramičkih vlakana također se dobro ponaša u toplinskoj izolaciji.

• Materijal za promjenu faze

Materijal s faznom promjenom također se naširoko koristi za suzbijanje širenja toplinske struje zbog skladištenja topline. Vosak je uobičajeni PCM, sa stabilnom temperaturom promjene faze. Tijekom toplinskebjegunac, toplina se masovno oslobađa. Stoga PCM treba imati visoku vrijednostperformanseupijanja topline. Međutim, vosak ima nisku toplinsku vodljivost, što će utjecati na apsorpciju topline. Kako bi promovirali njegovu izvedbu, istraživači pokušavaju kombinirati vosak s drugim materijalima, poput dodavanja metalnih čestica, upotrebe metalne pjene za punjenje PCM-a, dodavanjagrafit, ugljična nano cijev ili ekspandirani grafit, itd. Ekspandirani grafit također može obuzdati plamen uzrokovan toplinskim bijegom.

Hidrofilni polimer također je vrsta PCM-a za ograničavanje toplinske piste. Uobičajeni hidrofilni polimerni materijali su: koloidni silicijev dioksid, zasićena otopina kalcijevog klorida,Tetraetil fosfat, tetrafenil hidrogen fosfat, sodijum poliakrilatitd.

•  Hibridni materijal

Toplinski bijeg ne može se obuzdati ako se oslanjamo samo na aerogel. Da uspješnoizoliratitopline, moramo kombinirati aerogel s PCM-om.

Osim hibridnog materijala, možemo konstruirati i višeslojni materijal s različitim koeficijentima toplinske vodljivosti u različitim smjerovima. Možemo koristiti materijal visoke toplinske vodljivosti za izvođenje topline izvan modula i staviti toplinski izolacijski materijal između ćelija kako bismo ograničili širenje topline.

Zaključak

Kontrola širenja toplinske struje komplicirana je tema. Neki proizvođači su napravili neka rješenja za suzbijanje širenja topline, ali još uvijek traže nešto novo, kako bi smanjili cijenu i utjecaj na gustoću energije. Još uvijek smo usredotočeni na najnovija istraživanja. Ne postoji“super materijal” koji može potpuno blokirati toplinski bijeg. Za dobivanje najboljih rješenja potrebno je mnogo eksperimenata.