Pozadina

Toplotno širenje modula prolazi kroz sljedeće faze: akumulacija topline nakon termičke zloupotrebe ćelije, toplinski bijeg ćelije, a zatim toplinski bijeg modula. Termički bijeg iz jedne ćelije nije utjecajan; međutim, kada se toplota proširi na druge ćelije, širenje će izazvati domino efekat, što će dovesti do toplotnog bekstva celog modula, oslobađajući ogromnu energiju. Slika 1showje rezultat termičkog testa. Modul gori zbog neodoljivog širenja.

Toplotna provodljivost unutar ćelije bit će različita u različitim smjerovima. Koeficijent toplotne provodljivosti će biti veći u pravcuparalelnosa jezgrom ćelije; dok pravac koji je okomit u odnosu na jezgro rolne ima manju provodljivost. Zbog toga je toplinsko širenje s jedne na drugu stranu između ćelija brže nego preko kartica do ćelija. Stoga se propagacija može posmatrati kao jednodimenzionalno širenje. Kako su moduli baterija dizajnirani za veću gustoću energije, prostor između ćelija je sve manji, što će pogoršati toplinsko širenje. Stoga će se suzbijanje ili blokiranje širenja topline u modulu smatrati kaoefekatnajbolji način za smanjenje opasnosti. 

Način suzbijanja toplotnog bijega u modulu

Termički bijeg možemo obuzdati aktivno ili pasivno.

Aktivno suzbijanje

Aktivno suzbijanje termičkog širenja uglavnom se zasniva na sistemu upravljanja toplotom, kao što su:

1) Postavite rashladne cijevi na dno ili unutrašnje strane modula i napunite rashladnom tekućinom. Protok rashladne tečnosti može efikasno smanjiti širenje.

2) Postavite cijevi za gašenje požara na gornji modul. Kada dođe do toplotnog bijega, visokotemperaturni plin koji se oslobađa iz baterije potaknut će cijevi da prskaju sredstvo za gašenje kako bi se suzbilo širenje.

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

Pasivno potiskivanje

Pasivna supresija djeluje tako što blokira širenje kroz adijabatski materijal između toplinskih odbjeglih ćelija i normalnih ćelija.

Obično materijal treba da sadrži:

1. Niska toplotna provodljivost. Ovo je za smanjenje brzine širenja topline.
2. Otpornost na visoke temperature. Materijal se ne bi trebao rastopiti pod visokim temperaturama i izgubiti sposobnost toplinske otpornosti.
3. Niska gustina. Ovo je da bi se smanjio uticaj stope zapremine-energije i stope mase-energije.

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

Analiza na materijalu

• Aerogel

Aerogel je nazvan „najlakšim materijalom za toplotnu izolaciju“. Dobro je izveden u toplinskoj izolaciji i laganoj težini. Široko se koristi u baterijskom modulu za zaštitu od širenja topline. Postoji mnogo vrsta aerogela, kao što su aerogel sa silicijum dioksidom, aerogel, aerogel od staklenih vlakana i pre-oksidirana vlakna. Toplotni izolacijski sloj aerogela od različitih materijala ima različit utjecaj na toplinski bijeg. To je zbog raznolikosti koeficijenta toplinske provodljivosti, koji je u velikoj mjeri povezan s njegovom mikro strukturom. Slika 2 prikazuje SEM izgled različitog materijala prije i nakon spaljivanja.

Istraživanja pokazuju da iako je toplinska izolacija od vlakana niža, učinak blokiranja širenja topline je lošiji od aerogel materijala. Među različitim vrstama aerogel materijala, aerogel od preoksidiranih vlakana ima najbolje rezultate, jer održava strukturu nakon spaljivanja. Aerogel od keramičkih vlakana također ima dobre rezultate u toplinskoj izolaciji.

• Materijal za promjenu faze

Materijal za promenu faze se takođe široko koristi za suzbijanje širenja toplotnog bekstva zbog skladištenja toplote. Vosak je uobičajeni PCM, sa stabilnom temperaturom promjene faze. Tokom termičkebegunac, toplota se masovno oslobađa. Stoga PCM treba da ima visokperformanseupijanja toplote. Međutim, vosak ima nisku toplotnu provodljivost, što će uticati na apsorpciju toplote. Kako bi promovirali njegove performanse, istraživači pokušavaju kombinirati vosak s drugim materijalima, kao što je dodavanje metalnih čestica, korištenje metalne pjene za punjenje PCM-a, dodavanjegrafit, karbonska nano cijev ili ekspandirani grafit, itd. Ekspandirani grafit također može obuzdati plamen uzrokovan termičkim bijegom.

Hidrofilni polimer je takođe vrsta PCM-a za ograničavanje termalne piste. Uobičajeni hidrofilni polimerni materijali su: koloidni silicijum dioksid, zasićeni rastvor kalcijum hlorida,Tetraetil fosfat, tetrafenil hidrogen fosfat, sodijum poliakrilat, itd.

•  Hibridni materijal

Termički bijeg se ne može obuzdati ako se oslanjamo samo na aerogel. Da uspješnoizoliratitoplote, moramo kombinovati aerogel sa PCM.

Pored hibridnog materijala, možemo konstruisati i višeslojni materijal sa različitim koeficijentima toplotne provodljivosti u različitim pravcima. Možemo koristiti materijal visoke toplinske provodljivosti za odvođenje topline iz modula i staviti toplinski izolacijski materijal između ćelija kako bismo ograničili širenje topline.

Zaključak

Kontrola širenja toplotnog beženja je komplikovana tema. Neki proizvođači su napravili neka rješenja za suzbijanje širenja topline, ali i dalje su u potrazi za nečim novim, kako bi smanjili cijenu i utjecaj na gustinu energije. I dalje smo fokusirani na najnovija istraživanja. Ne postoji“super materijal” koji može potpuno blokirati termalni bijeg. Potrebno je mnogo eksperimenata da bi se dobila najbolja rješenja.