Как предотвратить термический разгон аккумуляторов? Слюдяная прослойка формирует внутренний защитный барьер в аккумуляторе.

В условиях ненормальной эксплуатации — таких как сжатие, прокол, перезарядка и старение — в литий‑ионных аккумуляторах внутри происходят цепные химические реакции, в результате которых за короткое время выделяется большое количество тепла; это и есть так называемый термический разгон.

Как только в отдельной ячейке аккумулятора происходит термический разгон, она мгновенно выделяет температуру свыше тысячи градусов Цельсия, расплавленный шлак и горючие газы; при отсутствии эффективной изоляции тепло быстро передаётся соседним ячейкам, вызывая цепную тепловую распространённость и, как следствие, риск возгорания или взрыва всего блока батареи.

Основная цель защиты от теплового разгона — не полностью предотвратить отказ отдельного элемента, а блокировать распространение тепла и пламени, замедлить скорость тепловой диффузии и обеспечить водителю и пассажирам драгоценное время для эвакуации.

Полный комплекс защитных мер включает активное предупреждение системы управления аккумуляторами BMS, систему жидкостного охлаждения и отвода тепла, а также незаменимы пассивные теплоизоляционные и диэлектрические материалы на всех уровнях — от ячейки до модуля и до всего блока. Именно слюда является важным компонентом этой пассивной системы защиты.

Слюда — это слоистый силикатный минерал; после переработки в виде пульпы, композитной обработки и прессования она может быть преобразована в различные формы — слюдяную бумагу, слюдяные плиты, слюдяные ленты, а также детали нестандартной конфигурации, что обеспечивает её адаптацию к сложным условиям сборки внутри аккумуляторных блоков.

В отличие от органических полимерных огнезащитных материалов, слюда относится к неорганическим минеральным материалам и обладает несколькими ключевыми свойствами, оптимально подходящими для применения в аккумуляторных батареях:

В условиях высоких температур конструкция сохраняет стабильность. При воздействии внезапно возникающих при термическом разрушении экстремально высоких температур слюда не подвержена плавлению и каплеобразованию, что позволяет ей сохранять собственную барьерную структуру, препятствуя распространению расплавленного шлака и пламени на окружающие участки, обеспечивая физическое огнезащитное и теплоизоляционное действие и снижая вероятность цепной реакции с последующим воспламенением соседних ячеек.

Сочетая стойкость к высоким температурам и высоковольтную изоляцию, в системах высокого напряжения аккумуляторов помимо угрозы перегрева существуют также риски электрической дуги и коротких замыканий. Слюда обладает отличными диэлектрическими свойствами: она одновременно препятствует распространению тепла и изолирует токоведущие компоненты, предотвращая возникновение вторичных коротких замыканий при термическом разрушении шин и жгутов проводки в ходе теплового разгона и тем самым исключая дальнейшее нарастание неисправности.

Низкое дымообразование и низкая токсичность — с учётом экологических требований. В условиях высоких температур слюдистые материалы выделяют мало дыма и минимальное количество токсичных и вредных газов, что соответствует экологическим стандартам новых энергетических технологий для внутренней отделки и вспомогательных материалов аккумуляторных батарей, снижая риск вторичных повреждений, вызванных дымовыми газами при аварийных ситуациях.

Поддаётся обработке и соответствует требованиям к лёгкому весу. Слюда может быть изготовлена в виде тонких листов, мягких лент и жёстких плит; её можно подвергать штамповке и вырубке, что позволяет применять её в различных узлах — для заполнения зазоров между ячейками, в качестве перегородок модулей, для высоковольтных медных шин, а также для изоляции и защиты жгутов проводов. По сравнению с массивными металлическими теплоизоляционными элементами, она обеспечивает контролируемый общий вес, что соответствует современным тенденциям проектирования аккумуляторных блоков, ориентированным на снижение массы и повышение эффективности использования внутреннего пространства.

Защита из слюды представляет собой не отдельный компонент, а систему, распределённую по нескольким ключевым узлам аккумуляторного блока, обеспечивая многоуровневую защиту:

Теплоизоляция между элементами аккумулятора и модулем размещается в зазорах между ними; при возникновении термического разрушения в одном из элементов она замедляет поперечную передачу тепла, снижая риск цепной распространённости.

Защита высоковольтных медных шин и жгутов проводов: микаленты и микалентные втулки для изоляции высоковольтных медных шин и сенсорных жгутов. В условиях экстремально высоких температур они обеспечивают защиту электрических соединительных элементов, предотвращают перегорание жгутов и выход из строя системы мониторинга BMS, а также минимизируют риск короткого замыкания высокого напряжения.

Верхняя крышка аккумуляторного блока и противопожарная перегородка отсека — в качестве внутренней защитной оболочки верхней крышки аккумуляторного блока они изолируют аккумуляторный отсек от пассажирского салона, препятствуя проникновению высоких температур и дымовых газов в салон, что соответствует требованиям нового национального стандарта по изоляции дымовых газов.

Защита крупномасштабных систем накопления энергии. В системах с крупными аккумуляторными ячейками слюда также применяется для изоляции модулей и обеспечения изоляции корпусов высоковольтных шкафов, что соответствует требованиям по безопасному проектированию устройств накопления энергии большой емкости.

С введением нового национального стандарта, широкое распространение получает интегрированная конструкция аккумуляторов CTB и CTC; продолжается постепенная модернизация крупноформатных ячеек и изделий с высокой энергетической плотностью. В результате защита аккумуляторов постепенно расширяется — от уровня модулей до уровня самих ячеек, что стимулирует устойчивый рост спроса на термостойкие изоляционные и теплоизоляционные материалы.

Помимо традиционного слюдяного материала, синтетическая слюда, обладающая более высокой чистотой и выдающимися термостойкими свойствами, постепенно наращивает долю применения в высококлассных аккумуляторных батареях и проектах накопления энергии. Отрасль также изучает возможности комбинирования слюды с другими теплоизоляционными материалами для дальнейшего повышения комплексной защитной эффективности.

В сфере безопасности аккумуляторных батарей не существует единого решения. Начиная с разработки материалов и проектирования ячеек и заканчивая алгоритмами термического управления и дополнительными компонентами пассивной защиты — каждая стадия совершенствования постепенно повышает уровень безопасной эксплуатации батареи.

Прогресс в технологиях в конечном счёте направлен на обеспечение безопасности пользователей. Пока мы обращаем внимание на время работы от батареи, быструю зарядку и интеллектуальные функции, не менее важные аспекты — скрытые за батареей меры безопасности — тоже заслуживают нашего внимания.