ปลอกหุ้มความร้อนช่วยปกป้องสายเคเบิลแบตเตอรี่ EV จากการแพร่กระจายความร้อนได้อย่างไร

ชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) เป็นหนึ่งในระบบที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังที่สุดในการขนส่งสมัยใหม่ แต่ความเสี่ยงจากความร้อนที่หนีไม่พ้นยังคงเป็นตัวขับเคลื่อนการวิจัยด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยของอุตสาหกรรมเป็นส่วนใหญ่ เมื่อเซลล์ลิเธียมไอออนเซลล์เดียวเกิดการลัดวงจรภายในและปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ออกมาเป็นความร้อน อุณหภูมิในโมดูลที่ได้รับผลกระทบอาจเพิ่มขึ้นเร็วกว่าที่ระบบทำความเย็นของแพ็คจะตอบสนองได้ ในหน้าต่างดังกล่าว สายไฟและชุดสายไฟอาจกลายเป็นเส้นทางที่ไม่ได้ตั้งใจสำหรับการแพร่กระจายความร้อน

ปลอกหุ้มกันความร้อนมีสิ่งกีดขวางน้ำหนักเบาที่ใช้งานได้จริง ซึ่งจะชะลอการถ่ายเทความร้อน ปิดกั้นการสัมผัสเปลวไฟ และปกป้องเครือข่ายเคเบิลที่เชื่อมต่อเซลล์ โมดูล และระบบดึง บทความนี้จะอธิบายว่าปลอกหุ้มความร้อนช่วยปกป้องสายเคเบิลแบตเตอรี่ EV จากการแพร่กระจายความร้อนได้อย่างไร และสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงนี้

ทำความเข้าใจการหนีความร้อนและความเสี่ยงของสายเคเบิล

การหนีความร้อนเริ่มต้นขึ้นเมื่อเซลล์ได้รับความเสียหายทางกล มีประจุมากเกินไป หรือสัมผัสกับแหล่งความร้อนภายนอก อุณหภูมิภายในเซลล์สูงขึ้น ทำให้เกิดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และตัวคั่น ผลลัพธ์ที่ได้คือความร้อนที่ปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว และบ่อยครั้งที่ก๊าซที่เผาไหม้ถูกปล่อยออกมา หากความร้อนนั้นไปถึงเซลล์ข้างเคียง เหตุการณ์สามารถแพร่กระจายไปทั่วโมดูล และในกรณีที่รุนแรงอาจแพร่กระจายทั้งหมดทั้งแพ็ค

ชุดสายไฟมีส่วนเกี่ยวข้องเนื่องจากวิ่งโดยตรงระหว่างเซลล์และโมดูลและตามแนวขอบเขตที่เหตุการณ์ความร้อนมักเกิดขึ้น สายรัดที่มีแจ็คเก็ตพลาสติกมาตรฐานสามารถทำให้นิ่ม ละลาย หรือติดไฟได้เมื่อสัมผัสกับพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูง เมื่อจุดติดแล้ว ฉนวนสายเคเบิลจะกลายเป็นเชื้อเพลิงเพิ่มเติมที่ยืดเยื้อเหตุการณ์และก่อให้เกิดควันพิษ ในแง่ไฟฟ้าล้วนๆ สายเคเบิลที่เสียหายอาจทำให้โครงสร้างที่อยู่ติดกันลัดวงจร ทำให้เกิดแหล่งกำเนิดประกายไฟใหม่

ปัญหาการป้องกันจึงมีสองส่วน: การป้องกันไม่ให้สายเคเบิลกลายเป็นเชื้อเพลิง และการป้องกันไม่ให้สายเคเบิลนำความร้อนหรือเปลวไฟไปยังชิ้นส่วนที่ไม่เสียหายของแพ็ค ปลอกหุ้มความร้อนช่วยแก้ปัญหาทั้งโดยการพันสายเคเบิลด้วยแผงกั้นกันไฟและการนำความร้อนต่ำ เช่นเดียวกับมาตรการป้องกันอื่นๆ วัสดุจะต้องสอดคล้องกับพลังงานที่คาดหวังของเหตุการณ์ ซึ่งเป็นเหตุผลที่วิศวกรปฏิบัติต่อ ปลอกหุ้มทนอุณหภูมิสูง เป็นส่วนประกอบของระบบมากกว่าการห่อแบบธรรมดา

การปลอกหุ้มด้วยความร้อนขัดขวางการแพร่กระจายอย่างไร

ปลอกระบายความร้อนทำงานสามอย่างที่แตกต่างกันระหว่างเหตุการณ์ความร้อน การทำความเข้าใจฟังก์ชันเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรระบุเส้นใยที่เหมาะสม ความหนาของผนัง และโครงสร้างสำหรับสายรัดแต่ละส่วนได้

ฉนวนกันความร้อน: การไหลของความร้อนช้าลง

เส้นใยเซรามิก หินบะซอลต์ และซิลิกาการนำความร้อนต่ำสร้างโครงสร้างกักอากาศรอบๆ สายเคเบิลอย่างมั่นคง เมื่อเซลล์ข้างเคียงมีอุณหภูมิเกิน 300°C ปลอกจะเพิ่มเวลาที่ความร้อนจะซึมผ่านแกนเคเบิล ความล่าช้านี้มีความสำคัญเนื่องจากระบบระบายอากาศและการระงับของกระเป๋ามักต้องใช้เวลาสองสามวินาทีในการตอบสนอง

การปิดกั้นเปลวไฟ: กีดกันเหตุการณ์เชื้อเพลิง

ปลอกกันไฟไม่เพียงแต่ต้านทานความร้อนเท่านั้น มันจะหยุดแจ็คเก็ตเคเบิลไม่ให้ละลายและติดไฟ ฟังก์ชันนี้มีความสำคัญมากที่สุดในสถานการณ์ที่มีเปลวไฟโดยตรงหรือก๊าซพุ่งออกมา ปลอกหุ้มสารหน่วงไฟจะไหม้ที่ด้านนอกในขณะที่สายเคเบิลด้านในยังคงต่ำกว่าอุณหภูมิติดไฟ เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของเปลวไฟไปตามสายรัด

การสะท้อนความร้อนจากการแผ่รังสี: ลดภาระพื้นผิว

ความร้อนจากการแผ่รังสีจากเซลล์เผาไหม้ที่อยู่ติดกันสามารถเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวของสายเคเบิลที่อยู่ใกล้เคียงได้แม้ว่าจะไม่ได้สัมผัสโดยตรงก็ตาม ปลอกหุ้มคอมโพสิตอลูมิเนียมฟอยล์สะท้อนพลังงานรังสีส่วนใหญ่ ทำให้สายเคเบิลที่ได้รับการป้องกันเย็นกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบอย่างมาก ในรูปแบบแพ็คหนาแน่นซึ่งสายเคเบิลต้องผ่านใกล้กับโซนที่มีความเสี่ยงสูง ชั้นสะท้อนแสงสามารถลดการสัมผัสความร้อนได้หลายร้อยองศา

ฟังก์ชันทั้งสามนี้ไม่ได้แยกจากกัน ชุดสายไฟ EV จำนวนมากรวมชั้นฐานไฟเบอร์เข้ากับฟอยล์หรือชั้นนอกเคลือบ ทำให้สายเคเบิลเป็นทั้งฉนวนและการสะท้อนในส่วนประกอบเดียว หากต้องการทราบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทดสอบและจำแนกประเภทวัสดุทนไฟ โปรดดูของเรา คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับปลอกหุ้มสารหน่วงไฟ .

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับปลอกหุ้มสายแบตเตอรี่

ปลอกเก็บความร้อนไม่ได้ทั้งหมดจะเหมาะกับสภาพแวดล้อม EV เท่าๆ กัน ช่องใส่แบตเตอรี่ประกอบด้วยความร้อน การสั่นสะเทือน ขอบฉากยึดที่แหลมคม และแรงดันไฟฟ้าสูง ดังนั้นวัสดุที่เลือกจะต้องสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของอุณหภูมิ ความทนทานทางกล และความเข้ากันได้ทางไฟฟ้า

สำหรับการป้องกันที่เน้นการแพร่กระจายใกล้กับกลุ่มเซลล์ ปลอกใยเซรามิกให้อุณหภูมิสูงสุด ในขณะที่ปลอกใยหินบะซอลต์ให้ความสมดุลที่แข็งแกร่งของการต้านทานความร้อน ประสิทธิภาพการเสียดสี และความยืดหยุ่น ทั้งสองแบบมีจำหน่ายทั้งแบบถักและแบบถักซึ่งเป็นไปตามเส้นทางธรรมชาติของชุดสายไฟ

ปลอกไฟเบอร์เซรามิกอุณหภูมิสูงสำหรับฉนวนสายเคเบิล ปลอกนี้ทนความร้อนต่อเนื่องได้สูงถึง 1,000°C และทนทานต่อเปลวไฟและโลหะหลอมเหลว วางไว้หลังจากการหารือเกี่ยวกับการป้องกันที่เน้นการแพร่กระจาย มันเหมาะกับผู้ใช้ที่ต้องการขอบเขตความร้อนสูงสุดใกล้กับกลุ่มเซลล์ ดูผลิตภัณฑ์ →

ปลอกไฟเบอร์บะซอลต์สำหรับการป้องกันสายเคเบิลที่อุณหภูมิสูงมาก ด้วยช่วงการทำงานตั้งแต่ -260°C ถึง 1200°C และความต้านทานต่อกรด ด่าง และการแผ่รังสี ปลอกนี้เหมาะกับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ ราง และยานยนต์ที่ต้องการประสิทธิภาพทางความร้อนและกลไกที่สมดุล ดูผลิตภัณฑ์ →

เกณฑ์ประสิทธิภาพหลักสำหรับการใช้งาน EV

เมื่อระบุปลอกระบายความร้อนสำหรับสายแบตเตอรี่ ข้อมูลประสิทธิภาพที่ได้รับการตรวจสอบมีความสำคัญมากกว่าคำกล่าวอ้างทางการตลาดทั่วไป เกณฑ์ด้านล่างควรได้รับการตรวจสอบกับซัพพลายเออร์วัสดุก่อนที่จะรวมเข้าด้วยกัน

• พิกัดอุณหภูมิต่อเนื่องและสูงสุด: พิกัดจะต้องเกินอุณหภูมิกรณีที่เลวร้ายที่สุดของเหตุการณ์ของเซลล์ที่อยู่ติดกัน ไม่ใช่แค่อุณหภูมิการล่องเรือของแพ็ค
• ความต้านทานเปลวไฟ: มองหาพฤติกรรมการดับไฟได้เองที่เทียบเท่ากับ UL VW-1 หรือการทดสอบเปลวไฟแนวตั้งที่คล้ายกัน
• การนำความร้อน: ค่าที่ต่ำกว่าหมายถึงการหน่วงเวลานานขึ้นก่อนที่ความร้อนจะไปถึงแกนสายเคเบิล
• ความต้านทานต่อการขัดถู: โครงสร้างแบบถักและถักป้องกันการเสียดสีกับขอบตัวยึดและสายรัดสายเคเบิล
• ความเข้ากันได้ทางไฟฟ้า: เส้นใยไม่ควรนำไฟฟ้าและมีเสถียรภาพภายใต้ไฟฟ้าแรงสูงและความชื้นสูง
• ความยืดหยุ่นและรัศมีการโค้งงอ: ปลอกต้องเป็นไปตามสายรัดโดยไม่หักงอหรือเปิดช่องว่างที่ตะเข็บ

ปลอกเก็บอุณหภูมิจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อยังคงสภาพสมบูรณ์ตลอดระยะเวลาของกิจกรรม เลือกวัสดุที่ได้รับการจัดอันดับให้สูงกว่าอุณหภูมิเซลล์ที่น่าเชื่อถือที่ร้อนแรงที่สุดในบรรจุภัณฑ์ และตรวจสอบพฤติกรรมเปลวไฟด้วยการทดสอบตัวอย่างจริง

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้งและบูรณาการ

แม้แต่ปลอกที่ระบุอย่างถูกต้องก็ยังมีประสิทธิภาพต่ำกว่าหากติดตั้งโดยมีช่องว่างหรือการสิ้นสุดที่ไม่ปลอดภัย ในการประกอบชุดแบตเตอรี่ แนวทางปฏิบัติต่อไปนี้จะปรับปรุงความต้านทานการแพร่กระจาย

• ครอบคลุมความยาวสายรัดทั้งหมด รวมถึงการเปลี่ยนขั้วต่อ โดยไม่มีส่วนแจ็คเก็ตเปลือย
• ซ้อนทับชั้นหดด้วยความร้อนหรือเทปที่ปลายเพื่อรักษาปลอกให้คงที่และป้องกันความชื้น
• ใช้โครงสร้างสองชั้นในโซนที่มีความเสี่ยงสูงสุด เช่น ทางแยกบัสบาร์และทางออกจากสายเคเบิลไปยังโมดูล
• ปล่อยให้มีห่วงบริการเล็กๆ ที่ปลายตัวเชื่อมต่อ เพื่อไม่ให้ปลอกยืดหรือดึงระหว่างที่รถสั่นสะเทือน
• รวมปลอกเข้ากับเทปพันแบบมีกาวในตัวหรือแบบตีนตุ๊กแกในกรณีที่จำเป็นต้องมีการเข้าถึงบริการ
• บันทึกการติดตั้งในเอกสารการบริการของชุด เพื่อให้ช่างเทคนิคสามารถตรวจสอบพื้นที่ที่ได้รับการป้องกันระหว่างการบำรุงรักษา

เนื่องจากการป้องกันการแพร่กระจายความร้อนเป็นคุณสมบัติของระบบ ปลอกหุ้มจึงควรได้รับการตรวจสอบร่วมกับการตอบสนองการระบายอากาศ การทำความเย็น และการจัดการแบตเตอรี่ของกระเป๋า ปลอกกันไฟที่ทนทานช่วยปกป้องเครือข่ายเคเบิลและซื้อเวลาสำหรับระบบเหล่านี้เพื่อจำกัดเหตุการณ์

ปลอกหุ้มซิลิโคนเคลือบสารหน่วงไฟเพื่อป้องกันเปลวไฟ ปลอกนี้ช่วยปกป้องสายเคเบิลจากโลหะหลอมเหลว เปลวไฟ และความร้อนจากการแผ่รังสี พร้อมทั้งยังเป็นฉนวนไฟฟ้าอีกด้วย มีความเกี่ยวข้องในกรณีที่ปลอกหุ้มกันไฟรองรับการกักเก็บการแพร่กระจายความร้อนในชุดแบตเตอรี่และอุปกรณ์อุตสาหกรรม ดูผลิตภัณฑ์ →

คำถามที่พบบ่อย

สรุป: ระดับความปลอดภัยจากอัคคีภัยของ EV ที่ใช้งานได้จริง

การแพร่กระจายหนีความร้อนเป็นไปตามเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด และสายเคเบิลที่ไม่มีการป้องกันมักจะเป็นเช่นนั้น ปลอกหุ้มความร้อนขัดขวางเส้นทางโดยฉนวนแกนสายเคเบิล ปิดกั้นการสัมผัสเปลวไฟ และสะท้อนความร้อนจากการแผ่รังสีออกจากส่วนชุดสายไฟที่สำคัญ เมื่อเลือกวัสดุโดยเทียบกับอุณหภูมิของเหตุการณ์จริง และติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว มันจะเพิ่มชั้นความปลอดภัยที่มีความหมายโดยไม่กระทบต่อน้ำหนัก พื้นที่ หรือความสามารถในการให้บริการของยานพาหนะ

สำหรับวิศวกร EV และผู้ประกอบชุดแบตเตอรี่ ประเด็นสำคัญที่ชัดเจนก็คือ เครือข่ายเคเบิลสมควรได้รับวินัยในการป้องกันความร้อนเช่นเดียวกับตัวเซลล์