พื้นหลัง

การแพร่กระจายความร้อนของโมดูลจะมีขั้นตอนต่างๆ ดังต่อไปนี้: การสะสมความร้อนหลังจากการใช้ความร้อนของเซลล์อย่างไม่เหมาะสม การเบี่ยงเบนความร้อนของเซลล์ และจากนั้นโมดูลการระบายความร้อน การหนีความร้อนจากเซลล์เดียวไม่มีผลใดๆ แต่เมื่อความร้อนแพร่กระจายไปยังเซลล์อื่น การแพร่กระจายจะทำให้เกิดผลกระทบแบบโดมิโน ซึ่งนำไปสู่การระบายความร้อนของโมดูลทั้งหมด และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา รูปที่ 1แสดงเป็นผลการทดสอบการหนีความร้อน โมดูลติดไฟเนื่องจากการแพร่กระจายที่ไม่อาจต้านทานได้

ค่าการนำความร้อนภายในเซลล์จะแตกต่างกันไปตามทิศทางที่ต่างกัน ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนจะสูงขึ้นในทิศทางขนานด้วยแกนม้วนของเซลล์ ในขณะที่ทิศทางแนวตั้งกับแกนม้วนมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่า ดังนั้นการแพร่กระจายความร้อนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านระหว่างเซลล์จึงเร็วกว่าการผ่านแถบแท็บไปยังเซลล์ ดังนั้นการขยายพันธุ์จึงสามารถมองได้ว่าเป็นการขยายพันธุ์ในมิติเดียว เนื่องจากโมดูลแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบให้มีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น ช่องว่างระหว่างเซลล์จึงมีขนาดเล็กลง ซึ่งจะทำให้การแพร่กระจายความร้อนแย่ลง ดังนั้นการระงับหรือปิดกั้นการแพร่กระจายความร้อนในโมดูลจะถือเป็นการผลหนทางที่จะลดอันตรายได้ 

วิธีการระงับการหนีความร้อนในโมดูล

เราสามารถควบคุมการเคลื่อนตัวของความร้อนทั้งเชิงรุกและเชิงรับได้

ระงับการใช้งาน

การปราบปรามการแพร่กระจายความร้อนแบบแอ็คทีฟจะขึ้นอยู่กับระบบการจัดการระบายความร้อนเป็นส่วนใหญ่ เช่น:

1) ตั้งท่อระบายความร้อนที่ด้านล่างหรือด้านในของโมดูล และเติมของเหลวหล่อเย็น การไหลของของเหลวหล่อเย็นสามารถลดการแพร่กระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2) ติดตั้งท่อดับเพลิงที่ด้านบนของโมดูล เมื่อมีความร้อนไหลออกมา ก๊าซอุณหภูมิสูงที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่จะกระตุ้นให้ท่อพ่นสารดับเพลิงออกมาเพื่อระงับการแพร่กระจาย

อย่างไรก็ตาม การจัดการระบายความร้อนจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเพิ่มเติม ส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานลดลง มีความเป็นไปได้ที่ระบบการจัดการอาจไม่มีผลใช้บังคับ

การปราบปรามแบบพาสซีฟ

การปราบปรามแบบพาสซีฟทำงานโดยการปิดกั้นการแพร่กระจายผ่านวัสดุอะเดียแบติกระหว่างเซลล์ที่ควบคุมความร้อนและเซลล์ปกติ

โดยปกติแล้ววัสดุควรมีลักษณะดังนี้:

1. การนำความร้อนต่ำ เพื่อลดความเร็วของการแพร่กระจายความร้อน
2. ทนต่ออุณหภูมิสูง วัสดุไม่ควรละลายภายใต้อุณหภูมิสูงและสูญเสียความสามารถในการต้านทานความร้อน
3. ความหนาแน่นต่ำ เพื่อลดอิทธิพลของอัตราปริมาตร-พลังงาน และอัตรามวล-พลังงาน

วัสดุในอุดมคติสามารถป้องกันการแพร่กระจายความร้อนและดูดซับความร้อนได้ในขณะเดียวกัน

การวิเคราะห์วัสดุ

• แอร์เจล

Airgel ได้ชื่อว่าเป็น "วัสดุฉนวนความร้อนที่เบาที่สุด" ทำหน้าที่กันความร้อนได้ดีและมีน้ำหนักเบา มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโมดูลแบตเตอรี่เพื่อป้องกันการแพร่กระจายความร้อน แอโรเจลมีหลายชนิด เช่น แอโรเจลซิลิคอนไดออกไซด์ แอโรเจล แอโรเจลใยแก้ว และไฟเบอร์พรีออกซิไดซ์ ชั้นฉนวนความร้อนของ Airgel ที่ใช้วัสดุต่างกันมีผลกระทบต่อการหนีความร้อนหลายประการ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่หลากหลายซึ่งสัมพันธ์กับโครงสร้างจุลภาคอย่างมาก รูปที่ 2 แสดงลักษณะ SEM ของวัสดุต่างๆ ก่อนและหลังการเผาไหม้

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าแม้ว่าฉนวนความร้อนแบบไฟเบอร์จะมีราคาต่ำกว่า แต่ประสิทธิภาพในการปิดกั้นการแพร่กระจายความร้อนนั้นแย่กว่าวัสดุแอโรเจล ในบรรดาวัสดุแอโรเจลประเภทต่างๆ แอโรเจลแบบไฟเบอร์ที่ถูกออกซิไดซ์จะทำงานได้ดีที่สุด เนื่องจากจะรักษาโครงสร้างหลังการเผาไหม้ แอโรเจลเซรามิกไฟเบอร์ยังทำงานได้ดีในการเป็นฉนวนความร้อน

• วัสดุเปลี่ยนเฟส

วัสดุเปลี่ยนเฟสยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการระงับการแพร่กระจายความร้อนเนื่องจากการกักเก็บความร้อน แว็กซ์เป็น PCM ทั่วไปซึ่งมีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงเฟสคงที่ ระหว่างระบายความร้อนหนีความร้อนจะถูกปล่อยออกมาอย่างหนาแน่น ดังนั้น PCM ควรมีสูงผลงานของการดูดซับความร้อน อย่างไรก็ตาม ขี้ผึ้งมีค่าการนำความร้อนต่ำ ซึ่งจะส่งผลต่อการดูดซับความร้อน เพื่อส่งเสริมประสิทธิภาพ นักวิจัยพยายามผสมแว็กซ์กับวัสดุอื่นๆ เช่น การเติมอนุภาคโลหะ ใช้โฟมโลหะเพื่อบรรจุ PCM เพิ่มกราไฟท์, ท่อนาโนคาร์บอน หรือ กราไฟท์แบบขยาย เป็นต้น กราไฟท์แบบขยายยังสามารถยับยั้งเปลวไฟที่เกิดจากความร้อนที่หลบหนีออกไปได้

โพลีเมอร์ที่ชอบน้ำยังเป็น PCM ชนิดหนึ่งสำหรับควบคุมรันเวย์ระบายความร้อน วัสดุพอลิเมอร์ที่ชอบน้ำทั่วไปได้แก่: คอลลอยด์ซิลิคอนไดออกไซด์, สารละลายแคลเซียมคลอไรด์อิ่มตัว,เตตระเอทิลฟอสเฟต, เตตร้าฟีนิล ไฮโดรเจน ฟอสเฟต, สโซเดียมโพลีอะคริเลตฯลฯ

•  วัสดุไฮบริด

ไม่สามารถควบคุมการเคลื่อนตัวของความร้อนได้หากเราพึ่งพาแอโรเจลเท่านั้น ให้สำเร็จป้องกันความร้อนเราต้องรวมแอโรเจลกับ PCM

นอกจากวัสดุไฮบริดแล้ว เรายังสามารถสร้างวัสดุหลายชั้นที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนต่างๆ ในทิศทางที่ต่างกัน เราสามารถใช้วัสดุที่มีการนำความร้อนสูงเพื่อนำความร้อนออกจากโมดูล และใส่วัสดุฉนวนความร้อนไว้ระหว่างเซลล์เพื่อจำกัดการแพร่กระจายความร้อน

บทสรุป

การควบคุมการแพร่กระจายของความร้อนเป็นเรื่องที่ซับซ้อน ผู้ผลิตบางรายได้คิดค้นวิธีแก้ปัญหาบางอย่างเพื่อลดการแพร่กระจายของความร้อน แต่พวกเขายังคงค้นหาสิ่งใหม่ๆ เพื่อลดต้นทุนและอิทธิพลต่อความหนาแน่นของพลังงาน เรายังคงมุ่งเน้นไปที่การวิจัยล่าสุด ไม่มี-วัสดุสุดยอด- ที่สามารถปิดกั้นการไหลเวียนของความร้อนได้โดยสิ้นเชิง ต้องมีการทดลองหลายครั้งเพื่อให้ได้วิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุด