การป้องกันความร้อนรั่วไหลในแบตเตอรี่

ภัยคุกคามที่ใหญ่ที่สุดต่อแบตเตอรี่คือการหนีความร้อน ซึ่งความร้อนที่เกิดขึ้นมีมากกว่าอัตราการกระจาย ทำให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนต่อเนื่องกัน ซึ่งอาจนำไปสู่เพลิงไหม้และแบตเตอรี่ขัดข้องโดยสิ้นเชิง ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบอื่นๆ ของยานพาหนะ เพื่อป้องกันและจำกัดการไหลของความร้อน การออกแบบแบตเตอรี่จึงรวมแผ่นบีบอัด กล่องหุ้มโมดูล และปลอกแบตเตอรี่ แผ่นบีบอัดจะถูกวางไว้ระหว่างเซลล์เพื่อป้องกันการแพร่กระจายความร้อน ในขณะที่แผงโมดูลจะจัดกลุ่มเซลล์เพื่อให้มีการระบายความร้อนภายในโมดูล สุดท้ายนี้ โมดูลเหล่านี้จะอยู่ในกล่องแบตเตอรี่เพื่อปกป้องชิ้นส่วนอื่นๆ ของยานพาหนะจากผลกระทบจากความร้อน

การออกแบบตู้แบตเตอรี่

กล่องหุ้มแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านการออกแบบ รูปร่าง และขนาด ขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่ ข้อกำหนดในการทำความเย็น การกระจายโมดูล และการใช้งาน โดยทั่วไป กล่องหุ้มโมดูลประกอบด้วย:

1. ที่อยู่อาศัยฐาน

2. ปลอกด้านนอก,

3. แผ่นเชื่อมต่อที่เชื่อมโยงส่วนประกอบภายในและภายนอก

4. วาล์วไอเสียสำหรับปรับสมดุลแรงดันหรือปล่อยก๊าซระหว่างการระบายความร้อน

การเลือกวัสดุสำหรับเปลือกแบตเตอรี่

วัสดุที่ใช้สำหรับเปลือกแบตเตอรี่จะต้องมีสมรรถนะด้านความร้อนสูง มีคุณสมบัติทางกลที่ดี และมีน้ำหนักเบา โดยปกติแล้ว อะลูมิเนียมและเหล็กกล้ามักนิยมใช้เนื่องจากมีการทนความร้อนและเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม มวลของวัสดุโลหะไม่สามารถควบคุมได้ดี โดยเฉพาะสำหรับรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งมวลของยานพาหนะที่ลดลงหมายถึงความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและระยะทางที่ยาวขึ้น ปัจจุบันแบตเตอรี่สามารถคิดเป็นสัดส่วนได้ถึง 50% ของมวลรวมของยานพาหนะ

วัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตเป็นทางเลือกที่มีน้ำหนักเบาและอาจเหนือกว่าโลหะในหลายด้าน แม้ว่าจะมีความซับซ้อนและมีราคาแพงกว่าก็ตาม ตัวอย่างเช่น กล่องหุ้มโพลีเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับลูกค้ามอเตอร์สปอร์ตได้เปลี่ยนกล่องอะลูมิเนียมที่มีน้ำหนัก 6.7 กก. (14.8 ปอนด์) เป็นกล่องคอมโพสิตที่มีน้ำหนักเพียง 616 กรัม (1.35 ปอนด์) ซึ่งลดน้ำหนักลงได้ 91% พรีเพกเทอร์โมเซ็ตคาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้เพื่อประสิทธิภาพทางความร้อนและทางกลสูง คาร์บอนไฟเบอร์ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่ง ในขณะที่ระบบเรซินคุณภาพสูง เช่น อีพ็อกซี่ จะถูกเคลือบไว้ล่วงหน้า อย่างไรก็ตาม กระบวนการวางแบบแมนนวล ระยะเวลาการแข็งตัวที่ยาวนาน และการพึ่งพาหม้อนึ่งฆ่าเชื้อจะจำกัดการผลิตกล่องหุ้มแบตเตอรี่พรีเพก

ข้อดีอีกประการหนึ่งของวัสดุคอมโพสิตคือความสามารถในการปรับการวางแนวของเส้นใยให้เหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการโหลดเฉพาะของตู้แบตเตอรี่แต่ละอัน การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (กฟภ) ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในกระบวนการออกแบบเพื่อกำหนดทิศทางของเส้นใยและจำนวนชั้นที่ต้องการ ทำให้มั่นใจในความแข็งแกร่งและความแข็งแรงสูงในขณะที่ยังคงน้ำหนักเบา คุณสมบัติไอโซโทรปิกของโลหะยังคงให้ข้อได้เปรียบ โดยมักใช้กับการเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง ซอฟต์แวร์เช่น ไฮเปอร์เมช และ ออพติสตรัค จำลองวัสดุคอมโพสิตแอนไอโซทรอปิกของเปลือกแบตเตอรี่

ฉนวนไฟฟ้า

ฉนวนไฟฟ้าเป็นข้อพิจารณาอีกประการหนึ่งในการพัฒนาเปลือกแบตเตอรี่ เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ชั้นใยแก้วจึงถูกรวมเข้ากับลามิเนตเพื่อเป็นฉนวนป้องกันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ

การรับรอง

เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของแบตเตอรี่และเปลือกหุ้ม จะต้องผ่านการทดสอบความปลอดภัยและมาตรฐานการรับรองต่างๆ มาตรฐานแรกคือ UN38.8 ซึ่งรับประกันความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมในระหว่างการขนส่งผ่านการทดสอบ 8 ครั้ง รวมถึงการจำลองระดับความสูง การทดสอบความร้อน การสั่นสะเทือน การกระแทก การลัดวงจรภายนอก การกระแทกและการกระแทก การชาร์จไฟเกิน และการบังคับปล่อยประจุ แบตเตอรี่ยังต้องได้รับการรับรองภายใต้ อีอีซี R100 REV2 ซึ่งสรุปการทดสอบที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมที่ติดตั้งในยานพาหนะไฟฟ้าสี่ล้อสำหรับการขนส่งคนหรือสินค้า ในการบิน จะต้องพิจารณามาตรฐานอื่นๆ เช่น DO311A และ DO160G

การจำลองความร้อนของแบตเตอรี่

สำหรับเปลือกแบตเตอรี่ วัสดุคอมโพสิตต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยในการติดไฟของ UL94 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทดสอบการเผาไหม้บนพื้นผิว แนวตั้ง และแนวนอนหลายแบบ เปลวไฟที่ได้รับการควบคุมจะถูกนำไปใช้กับวัสดุหลายครั้งในช่วงเวลาที่กำหนด และเวลาในการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องของวัสดุ ตลอดจนหลักฐานของการไหม้ทะลุหรือหยดเพลิง พิจารณาว่าเป็นไปตามระดับ V0, V1 หรือ V2 ของ UL94 หรือไม่ ยิ่งเปลวไฟดับเองได้เร็วเท่าใด ความต้านทานของวัสดุก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น โดย V0 คือระดับสูงสุด ดับได้ภายใน 10 วินาทีโดยไม่มีเปลวไฟหยด