Pillerdeki Isı Kaçakçılığının Önlenmesi

Piller için en büyük tehdit, üretilen ısının yayılma hızını aştığı ve bir dizi ekzotermik reaksiyonu tetiklediği termal kaçaktır. Bu, diğer araç bileşenlerini etkileyen yangınlara ve akü arızasına yol açabilir. Isı kaçağını önlemek ve kontrol altına almak için akü tasarımında sıkıştırma yastıkları, modül muhafazaları ve akü muhafazaları bulunur. Isı yayılımını önlemek için hücrelerin arasına sıkıştırma pedleri yerleştirilirken, modül muhafazaları hücreleri modüller içindeki termal kaçakları içerecek şekilde gruplandırır. Son olarak bu modüller, aracın diğer parçalarını termal kaçak etkilerinden korumak için bir akü muhafazası içine yerleştirilmiştir.

Pil Muhafaza Tasarımı

Elektrikli araç akü muhafazaları, akü tipine, soğutma gereksinimlerine, modül dağıtımına ve uygulamaya bağlı olarak tasarım, şekil ve boyut bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir. Genel olarak bir modül muhafazası aşağıdakilerden oluşur:

1. Bir temel konut,

2. Bir dış kasa,

3. İç ve dış bileşenleri birbirine bağlayan bir bağlantı plakası,

4. Termal kaçak sırasında basınç dengesi veya gaz tahliyesi için bir egzoz valfi.

Akü Muhafazaları İçin Malzeme Seçimi

Akü muhafazaları için kullanılan malzemelerin yüksek termal performansa, iyi mekanik özelliklere sahip olması ve hafif olması gerekir. Geleneksel olarak alüminyum ve çelik, ısıya dayanıklılıkları ve seri üretime uygunlukları nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak metal malzemelerin kütlesi, özellikle daha düşük araç kütlesinin daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun menzil anlamına geldiği hibrit ve elektrikli araçlarda iyi kontrol edilemez. Şu anda piller bir aracın toplam kütlesinin %50'sine kadarını oluşturabiliyor.

Kompozit Malzemeler

Kompozit malzemeler hafif bir alternatif sunar ve daha karmaşık ve maliyetli olmalarına rağmen potansiyel olarak birçok açıdan metalleri geride bırakabilir. Örneğin, motor sporları müşterileri için geliştirilen karbon fiberle güçlendirilmiş polimer muhafaza, 6,7 kg (14,8 lbs) ağırlığındaki alüminyum muhafazayı yalnızca 616 gram (1,35 lbs) ağırlığındaki kompozit muhafazayla değiştirerek %91 ağırlık azalması sağladı. Yüksek termal ve mekanik performansları için karbon fiber termoset prepregler kullanıldı. Karbon fiber dayanıklılık ve sağlamlık sağlarken epoksi gibi yüksek dereceli reçine sistemleri önceden emprenye edilir. Bununla birlikte, manuel yerleştirme işlemleri, uzun kürleme süreleri ve otoklavlara güvenmek, önceden emprenye edilmiş akü muhafazalarının üretimini sınırlandırmaktadır.

Kompozit malzemelerin diğer bir avantajı, her bir akü mahfazasının özel yük gereksinimlerini karşılamak için fiber yönelimini optimize edebilme yeteneğidir. Sonlu elemanlar analizi (FEA), fiber yönünü ve gerekli katman sayısını belirlemek için tasarım sürecinde yaygın olarak kullanılır ve hafifliği korurken yüksek sertlik ve mukavemet sağlar. Metalin izotropik özellikleri hala avantajlar sağlamakta olup, genellikle ek güç ve sertlik sunmak için cıvatalı bağlantıların etrafında kullanılmaktadır. Hypermesh ve Optistruct gibi yazılımlar, pil muhafazalarının anizotropik kompozit malzemelerini simüle eder.

Elektrik Yalıtımı

Akü muhafazaları geliştirilirken elektrik yalıtımı da göz önünde bulundurulması gereken bir diğer husustur. Karbon fiber iletken olduğundan, belirli elektronik bileşenleri yalıtmak için cam elyaf katmanları laminatın içine entegre edilir.

Sertifikasyon

Pillerin ve muhafazaların termal performansını sağlamak için çeşitli güvenlik testlerinden ve sertifikasyon standartlarından geçmeleri gerekir. İlk standart, irtifa simülasyonu, termal test, titreşim, şok, harici kısa devre, darbe ve ezilme, aşırı şarj ve zorla deşarj dahil olmak üzere sekiz test aracılığıyla lityum pillerin taşıma sırasında güvenliğini sağlayan UN38.8'dir. Pillerin ayrıca, insan veya eşya taşımak için dört tekerlekli elektrikli araçlara takılan lityum piller için gerekli testleri özetleyen ECE R100 REV2 kapsamında sertifikasyona da ihtiyacı vardır. Havacılıkta DO311A ve DO160G gibi diğer standartların da dikkate alınması gerekir.

Pil Termal Simülasyonu

Akü muhafazaları için kompozit malzemelerin çeşitli yüzey, dikey ve yatay yanma testlerini içeren UL94 yanıcılık güvenliği standartlarını karşılaması gerekir. Kontrollü alevler, belirli bir süre boyunca malzemeye birden çok kez uygulanır ve malzemenin devam eden yanma süresi ile yanma veya alev damlaması belirtileri, malzemenin UL94'ün V0, V1 veya V2 derecelendirmelerini karşılayıp karşılamadığını belirler. Alev ne kadar hızlı kendi kendine sönerse, malzemenin direnci de o kadar güçlü olur; V0 en yüksek derecedir ve alev damlaması olmadan 10 saniye içinde söner.