Предотвратяване на термично изтичане в батериите

Най-голямата заплаха за батериите е топлинното бягане, при което генерираната топлина надвишава скоростта на разсейване, предизвиквайки поредица от екзотермични реакции. Това може да доведе до пожари и пълна повреда на батерията, засягайки други компоненти на автомобила. За предотвратяване и ограничаване на термичното изтичане дизайнът на батерията включва компресионни подложки, корпуси на модули и корпуси на батерията. Компресионните подложки се поставят между клетките, за да предотвратят разпространението на топлина, докато корпусите на модула групират клетки, за да задържат топлинното бягане в модулите. И накрая, тези модули са поставени в корпус на батерията, за да предпазят другите части на автомобила от топлинни ефекти.

Дизайн на корпуса на батерията

Кутиите за батерии за електрически превозни средства се различават значително по дизайн, форма и размер в зависимост от типа на батерията, изискванията за охлаждане, разпределението на модулите и приложението. Като цяло корпусът на модула се състои от:

1. Базов корпус,

2. Външен корпус,

3. Свързваща плоча, свързваща вътрешни и външни компоненти,

4. Изпускателен клапан за балансиране на налягането или освобождаване на газ по време на термично изтичане.

Избор на материал за кутии за батерии

Материалите, използвани за кутии за батерии, трябва да имат висока топлинна ефективност, добри механични свойства и да са леки. Традиционно алуминият и стоманата са предпочитани заради тяхната топлоустойчивост и пригодност за масово производство. Масата на металните материали обаче не може да бъде добре контролирана, особено за хибридни и електрически превозни средства, където по-ниската маса на превозното средство означава по-висока енергийна плътност и по-дълъг обхват. В момента батериите могат да съставляват до 50% от общата маса на автомобила.

Композитни материали

Композитните материали предлагат лека алтернатива и потенциално могат да надминат металите в много аспекти, въпреки че са по-сложни и скъпи. Например, подсилен с въглеродни влакна полимерен корпус, разработен за клиенти от моторните спортове, замени алуминиев корпус с тегло 6,7 кг (14,8 фунта) с композитен корпус, тежащ само 616 грама (1,35 фунта), постигайки 91% намаление на теглото. Използвани са термореактивни препреги от въглеродни влакна заради техните високи термични и механични характеристики. Въглеродните влакна осигуряват здравина и твърдост, докато системите от висококачествена смола, като епоксидна смола, са предварително импрегнирани. Въпреки това, процесите на ръчно поставяне, дългите времена на втвърдяване и зависимостта от автоклави ограничават производството на предварително импрегнирани кутии за батерии.

Друго предимство на композитните материали е способността да се оптимизира ориентацията на влакната, за да се отговори на специфичните изисквания за натоварване на всеки корпус на батерията. Анализът на крайните елементи (FEA) се използва широко в процеса на проектиране за определяне на посоката на влакната и необходимия брой слоеве, осигурявайки висока твърдост и здравина, като същевременно поддържа леко тегло. Изотропните свойства на метала все още предоставят предимства, често използвани около болтовите връзки, за да предложат допълнителна здравина и твърдост. Софтуер като Хипермрежа и Optistruct симулира анизотропните композитни материали на кутиите за батерии.

Електрическа изолация

Електрическата изолация е друго съображение при разработването на кутии за батерии. Тъй като въглеродните влакна са проводими, слоевете от стъклени влакна са интегрирани в ламината, за да изолират специфични електронни компоненти.

Сертификация

За да се гарантира топлинната ефективност на батериите и кутиите, те трябва да преминат различни тестове за безопасност и стандарти за сертифициране. Първият стандарт е UN38.8, който гарантира безопасността на литиевите батерии по време на транспорт чрез осем теста, включително симулация на надморска височина, термично изпитване, вибрации, удар, външно късо съединение, удар и смачкване, презареждане и принудително разреждане. Батериите също се нуждаят от сертифициране съгласно ECE R100 REV2, което очертава необходимите тестове за литиеви батерии, монтирани в четириколесни електрически превозни средства за превоз на хора или товари. В авиацията трябва да се имат предвид други стандарти като DO311A и DO160G.

Термична симулация на батерията

За кутии за батерии, композитните материали трябва да отговарят на стандартите за безопасност на запалимост UL94, включващи няколко теста за повърхностно, вертикално и хоризонтално изгаряне. Контролираните пламъци се прилагат върху материала многократно за определен период и времето за продължително горене на материала, както и доказателствата за изгаряне или пламтящи капки, определят дали той отговаря на оценките V0, V1 или V2 на UL94. Колкото по-бързо пламъкът се самозагаси, толкова по-силна е устойчивостта на материала, като V0 е най-високият рейтинг, изгасва в рамките на 10 секунди без пламтящи капки.