Arrière-plan

La propagation thermique d'un module connaît les étapes suivantes : accumulation de chaleur après un abus thermique de la cellule, emballement thermique de la cellule puis emballement thermique du module. L'emballement thermique d'une seule cellule n'a pas d'influence ; cependant, lorsque la chaleur se propage à d'autres cellules, la propagation provoquera un effet domino, conduisant à l'emballement thermique de l'ensemble du module, libérant ainsi une énergie massive. Figure 1montrerC'est le résultat d'un test d'emballement thermique. Le module est en feu à cause d'une propagation irrésistible.

La conductivité thermique à l’intérieur d’une cellule sera différente selon différentes directions. Le coefficient de conductivité thermique sera plus élevé dans la directionparallèleavec le noyau en rouleau d'une cellule ; tandis que la direction verticale par rapport au noyau du rouleau a une conductivité plus faible. Par conséquent, la propagation thermique d’un côté à l’autre entre les cellules est plus rapide que par les languettes vers les cellules. La propagation peut donc être considérée comme une propagation à une dimension. Comme les modules de batterie sont conçus pour une densité énergétique plus élevée, l’espace entre les cellules devient plus petit, ce qui aggravera la propagation thermique. Par conséquent, supprimer ou bloquer la propagation de la chaleur dans le module sera considéré comme uneffetune manière efficace de réduire les risques. 

La manière de supprimer l'emballement thermique dans un module

Nous pouvons limiter l’emballement thermique de manière active ou passive.

Suppression active

La suppression active de la propagation thermique repose principalement sur un système de gestion thermique, comme :

1) Placez les tuyaux de refroidissement au bas ou sur les côtés intérieurs d'un module et remplissez-les de liquide de refroidissement. L'écoulement du liquide de refroidissement peut réduire efficacement la propagation.

2) Installer des tuyaux d'extinction d'incendie au sommet d'un module. En cas d'emballement thermique, le gaz à haute température libéré par la batterie déclenchera la pulvérisation par les tuyaux d'un extincteur pour supprimer la propagation.

Cependant, une gestion thermique nécessite des composants supplémentaires, ce qui entraîne des coûts plus élevés et une densité énergétique plus faible. Il est également possible que le système de gestion ne prenne pas effet.

Suppression passive

La suppression passive fonctionne en bloquant la propagation à travers le matériau adiabatique entre les cellules en emballement thermique et les cellules normales.

Normalement, le matériel doit figurer dans :

1. Faible conductivité thermique. Il s’agit de réduire la vitesse de propagation de la chaleur.
2. Résistance aux hautes températures. Le matériau ne doit pas se résoudre à haute température et perdre sa capacité de résistance thermique.
3. Faible densité. Il s’agit de réduire l’influence du taux volume-énergie et du taux masse-énergie.

Le matériau idéal peut quant à lui bloquer la propagation de la chaleur et absorber la chaleur.

Analyse sur matière

• Aérogel

L'Aérogel est désigné comme « le matériau d'isolation thermique le plus léger ». Il est bien réalisé en matière d'isolation thermique et pèse léger. Il est largement utilisé dans les modules de batterie pour la protection contre la propagation thermique. Il existe de nombreux types d'aérogel, comme l'aérogel de dioxyde de silicium, l'aérogel, l'aérogel de fibre de verre et la fibre pré-oxydée. La couche d'isolation thermique d'aérogel composée de différents matériaux a différents impacts sur l'emballement thermique. Cela est dû à la variété du coefficient de conductivité thermique, qui est fortement liée à sa microstructure. La figure 2 montre l'apparence SEM de différents matériaux avant et après la combustion.

La recherche montre que même si l'isolation thermique en fibre est moins chère, les performances de blocage de la propagation de la chaleur sont pires que celles du matériau aérogel. Parmi les différents types de matériaux d'aérogel, l'aérogel à fibres pré-oxydées est celui qui est le plus performant, car il maintient la structure après la combustion. L'aérogel en fibre de céramique fonctionne également bien en matière d'isolation thermique.

• Matériau à changement de phase

Les matériaux à changement de phase sont également largement utilisés pour supprimer la propagation par emballement thermique en raison de leur stockage de chaleur. La cire est un PCM courant, avec une température de changement de phase stable. Pendant les thermiquesfuyez, la chaleur est massivement dégagée. Par conséquent, le PCM devrait avoir un niveau élevéperformanced'absorber la chaleur. Cependant, la cire a une faible conductivité thermique, ce qui influence l’absorption de la chaleur. Pour promouvoir ses performances, les chercheurs tentent de combiner la cire avec d'autres matériaux, comme l'ajout de particules métalliques, l'utilisation de mousse métallique pour charger le PCM, l'ajout degraphite, nanotube de carbone ou graphite expansé, etc. Le graphite expansé peut également retenir la flamme provoquée par l'emballement thermique.

Le polymère hydrophile est également une sorte de PCM pour restreindre la piste thermique. Les matériaux polymères hydrophiles courants sont : le dioxyde de silicium colloïdal, une solution saturée de chlorure de calcium,Phosphate de tétraéthyle, tétraphénylhydrogénophosphate, spolyacrylate de sodium, etc.

•  Matériau hybride

L’emballement thermique ne peut être maîtrisé si nous comptons uniquement sur l’aérogel. Pour réussirisolerla chaleur, il faut combiner l'aérogel avec le PCM.

Outre le matériau hybride, nous pouvons également construire un matériau multicouche avec différents coefficients de conductivité thermique dans différentes directions. Nous pouvons utiliser un matériau à haute conductivité thermique pour évacuer la chaleur du module et placer un matériau d'isolation thermique entre les cellules pour limiter la propagation thermique.

Conclusion

Contrôler la propagation par emballement thermique est un sujet complexe. Certains fabricants ont proposé des solutions pour supprimer la propagation de la chaleur, mais ils recherchent toujours quelque chose de nouveau, afin de réduire le coût et l'influence sur la densité énergétique. Nous nous concentrons toujours sur les dernières recherches. Il n'y a pas"super matériel» qui peut totalement bloquer l’emballement thermique. De nombreuses expériences sont nécessaires pour obtenir les meilleures solutions.