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新能源汽車(chē)著(zhù)火點(diǎn)
新能源汽車(chē)著(zhù)火點(diǎn)

隨著(zhù)國家對新能源汽車(chē)發(fā)展的大力支持,電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)數量快速增長(cháng),產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快?,F階段,電動(dòng)汽車(chē)主要以鋰離子電池作為動(dòng)力電池,而極端條件下電池熱失控是電動(dòng)汽車(chē)的首要安全性問(wèn)題,常見(jiàn)的較為嚴重的是電池過(guò)充導致溫度過(guò)高,致使電動(dòng)汽車(chē)著(zhù)火,爆炸。對于新能源汽車(chē)電池單元局部失控問(wèn)題,氣凝膠隔熱材料是解決動(dòng)力電池熱失控的有效措施,可以提高新能源汽車(chē)的使用安全性。

 

新能源汽車(chē)電池熱失控反應
新能源汽車(chē)電池熱失控反應

 

 

氣凝膠導熱系數低、保溫效果好、不燃,相比傳統保溫材料,只需1/5-1/3的厚度即可達到相同的保溫效果,為動(dòng)力電池節省更多空間,并且保溫效果及溫度更穩定。應用在新能源汽車(chē)中可以更好地實(shí)現電池的溫控和電控管理及提升性能,起到絕熱、防火的作用,為用戶(hù)和乘客逃離現場(chǎng)以及滅火爭取更多的時(shí)間。

氣凝膠隔熱材料在新能源汽車(chē)領(lǐng)域應用

氣凝膠隔熱材料在新能源汽車(chē)領(lǐng)域主要應用于動(dòng)力電池電芯之間的隔熱阻燃以及模組與殼體之間的隔熱防震、電池箱的外部防寒層和高溫隔熱層。下面我們以動(dòng)力電池用氣凝膠隔熱片為例,對其主要性能指標進(jìn)行分析。

T/CSTM 00193-2020《鋰離子動(dòng)力電池用氣凝膠隔熱片》團體標準中指出,氣凝膠隔熱片用于鋰離子動(dòng)力電池兩電芯之間,主要芯材種類(lèi)包括玻璃纖維復合氣凝膠(FG),預氧化絲復合氣凝膠(YS)及其他纖維復合氣凝膠。由于電芯之間空間有限,氣凝膠隔熱片的尺寸必須與設計值有較高的一致性。動(dòng)力電池用氣凝膠隔熱片的主要性能要求如下表所示:

表1 動(dòng)力電池用氣凝膠隔熱片的主要性能要求

序號 性能指標 性能要求
1 質(zhì)量偏差率 應不大于15%。
2 隔熱性能 試驗前后樣品長(cháng)寬尺寸收縮率應不大于3%,試驗過(guò)程5分鐘之內樣品冷面溫度應不超過(guò)180°C。
3 垂直燃燒 應符合GB/T 2408中規定的V0級要求。
4 壓縮率 在2Mpa壓力下應不小于35%。
5 抗拉強度 長(cháng)度、寬度方向均應不小于500Kpa。
6 絕緣性能 表面熱阻率應大于500MΩ;漏電率應小于1mA。
7 禁限用物質(zhì) 應符合2011/65/EU指令要求。
8 耐老化性能 老化后,氣凝膠隔熱片抗拉強度衰減率應不大于30%;長(cháng)和寬尺寸變化率應小于1%;隔熱性能應符合表中要求。

目前常用的動(dòng)力電池保溫隔熱材料有泡棉、塑料泡沫、超細玻璃棉、高硅氧棉、真空絕熱板、二氧化硅氣凝膠等。氣凝膠隔熱片與傳統的動(dòng)力電池隔熱片相比,具有阻燃、耐高溫、導熱系數低、不產(chǎn)生有毒氣體、防水防潮防震、質(zhì)輕、價(jià)低、厚度薄等特點(diǎn)。

 

左:動(dòng)力電池隔熱用氣凝膠片 右:動(dòng)力電池專(zhuān)用隔熱泡棉
左:動(dòng)力電池隔熱用氣凝膠片 右:動(dòng)力電池專(zhuān)用隔熱泡棉

下面我們以某款氣凝膠隔熱片和IXPE隔熱泡棉(輻照交聯(lián)聚乙烯泡棉)為例,對其性能進(jìn)行對比分析。

表2 動(dòng)力電池模組用氣凝膠隔熱片和IXPE隔熱泡棉性能對比

氣凝膠隔熱片 IXPE隔熱泡棉
密度 (Kg/m3) 200 200(5倍發(fā)泡)
導熱系數 (W/m·k) 0.017 0.095
使用溫度 (℃) -200~600℃ -60~120℃
阻燃性能 建筑A1級/UL94V0 UL94HB
吸水率 室溫24h (%) <1% <0.2
環(huán)保無(wú)毒性 ROHS標準 ROHS標準
高溫形變120℃,24h ?(%) 無(wú) 收縮10%
拉伸強度 (MPa) 0.4 橫向>1.3、縱向>1.5
斷裂伸長(cháng)率 (%) 8.53 200
常規厚度(mm) 0.5/1/2/3/6/10 0.5/1/3/10

氣凝膠隔熱片應用在鋰離子動(dòng)力電池模組中時(shí),低的導熱系數可以有效阻隔電芯在大倍率下充放電急劇產(chǎn)生的熱量擴散;當電芯發(fā)生熱失控時(shí)可以起到隔熱作用,延緩或阻斷事故發(fā)生;當電芯過(guò)熱發(fā)生燃燒時(shí),氣凝膠隔熱片達到建筑A1級不燃的性能也能夠有效阻斷或延緩火勢蔓延,可以保障電池組在5分鐘內不燃燒,不爆炸,為逃生提供足夠的時(shí)間。因此,氣凝膠隔熱片在提高新能源汽車(chē)動(dòng)力電池組安全性能方面能夠發(fā)揮重大作用。

氣凝膠隔熱材料在新能源汽車(chē)的市場(chǎng)前景

國務(wù)院辦公廳2020年10月20日印發(fā)的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃(2021-2035)》指出,發(fā)展新能源汽車(chē)是我國從汽車(chē)大國邁向汽車(chē)強國的必由之路,是應對氣候變化、推動(dòng)綠色發(fā)展的戰略舉措。到2025年,新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量占比將達到25%左右,動(dòng)力電池、驅動(dòng)電機、車(chē)用操作系統等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破,安全水平全面提升。

氣凝膠雖然價(jià)格較高,但其安全性能遠遠高于其他傳統隔熱材料,是公認的最佳的動(dòng)力電池隔熱阻燃材料。隨著(zhù)人們對新能源汽車(chē)安全性能的逐漸重視,在對安全性能要求較高的電動(dòng)客車(chē)和高檔新能源轎車(chē)中應用氣凝膠隔熱材料無(wú)疑是最佳的選擇。如果2025年全國汽車(chē)銷(xiāo)量達到3500萬(wàn)輛,那么新能源汽車(chē)相當于800多萬(wàn)輛的銷(xiāo)量預期,氣凝膠應用前景廣闊。隨著(zhù)氣凝膠材料工藝的成熟和生產(chǎn)規模的擴大,其價(jià)格必然會(huì )下降,在新能源汽車(chē)動(dòng)力電池中的應用和市場(chǎng)滲透率也必將隨著(zhù)新能源汽車(chē)的行業(yè)增長(cháng)而激增。

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