动力电池与储能系统怎么做阻燃隔热?聊聊三个常踩的坑和选型
做电池包和储能柜结构设计的朋友应该都清楚,现在做热安全测试,难度基本都卡在几个很具体的细节上:
要么是电芯之间留给隔热垫的缝隙只有2mm,常规材料塞进去,电芯一喷火根本挡不住;要么是箱盖为了留空间只留了一点点余量,火一喷直接把上盖烧穿;再就是储能柜里大面积铺隔热板,材料太重或者运输震几下接缝全裂开了。
材料不是越厚越好,也不是随便贴一层就能过测试。针对这几个位置,凯米沃在实际项目里通常是这么帮客户匹配材料的。
1. 电芯与电芯之间选HAM-B70
很多工程师做电芯间选型,第一反应是看导热系数低不低。但实际做热失控台架测试时会发现,电芯短路喷火的时候瞬时热量太猛,常规材料就算导热系数再低,因为自身太薄、又存不住热量,很快就会被热量烤透,直接引燃旁边的电芯。
针对电芯缝隙,凯米沃推的是HAM-B70高效吸热阻燃片。
这个材料厚度做在2mm左右,核心特点是它本身带相变吸热功能,遇到高温会主动吸收热量。我们做过600℃的热台对比,在加热的前5分钟里,它的冷面温度基本控制在157℃左右,比常规多孔隔热垫的冷面低了两百多度。这个温升延缓效果,足够让电池管理系统BMS报警,也给排气泄压留出了时间。
另外很多电芯用久了会循环膨胀,如果垫片太软,时间长了会被挤变形甚至失去隔热效果。HAM-B70的硬度比较高,压缩率控制在1%到3%之间,电芯胀起来它也扛得住,不影响模组的装配尺寸。在实测加热电芯引发失控的实验里,隔壁电芯的安全阀全程没开,也没发生热失控扩散。
2. 模组顶盖和箱体上盖选G4210Y
电池包垂直方向的高度大家都抠得很死。顶盖位置通常只给留1mm到2mm的间隙,垫子做厚了箱盖螺栓拧不紧,做薄了又怕电芯安全阀向上喷火时瞬间把金属盖板烧穿。
这个位置我们一般推荐G4210Y高性能顶盖阻燃垫。
它的特性是“常温好压,高温膨胀”。材料出厂的原始厚度是4.2mm,但本身很柔韧,压缩率有75%。模组盖板或者PACK上盖合盖一压,它就能顺从地被压到1mm左右,不占垂直高度。
关键在后面:一旦电芯喷火,高温会立刻触发材料发泡膨胀,厚度能撑到10mm到20mm。这一膨胀就把模组上方的空腔全部填死了,火焰和高温颗粒喷不出来,直接被挡在下面。
在1300℃的火枪连续直喷测试中,烧了整整1个小时,它背面的温度只有182℃,而且没被烧穿,完全能满足A1级不燃和UL94-V0的要求。
3. 储能预制舱与舱壁选E200
做大型集装箱储能或者预制舱的工程师,选隔热板主要头疼两件事:一是重量,整舱大面积挂板,材料稍微重点整箱就容易超重;二是运输,国内很多储能项目在西北或者野外,路上颠簸几千公里,很多传统防火板到现场一看,接缝震裂甚至掉粉。
预制舱的隔热层和电池簇隔断,凯富乐专门研发了E200储能阻燃防火板:
首先是轻。E200虽然厚度达到了20mm,但体积密度只有0.18g/cm³左右,折算下来每平米自重仅5.5公斤,工人在集装箱内单人就能搬动拼装,整舱挂板完全不会让箱体承重超标。
其次是带弹性防开裂。它具备50%到60%的压缩回弹性,安装拼接的时候板材之间稍微挤压一下就能紧密咬合,不用担心长途运输震开裂缝形成漏热通道。在1300℃烈火直接烧蚀测试中,持续烧30分钟,背面温度只有180℃,前10分钟冷面甚至在90℃以下,火灾时无毒烟,为储能集装箱提供扎实的舱级防火隔离。
选型参考
简而言之,不用把阻燃隔热材料想得太复杂,关键是看你的装配位置缺什么性能:
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电芯之间(抗压、吸热、防蔓延):选HAM-B70(2mm厚,耐温1200℃,1%到3%低压缩率);
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模组顶盖/PACK上盖(空间紧、防烧穿):选G4210Y(常温压到1mm,受热膨胀至10到20mm,耐温1300℃);
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储能集装箱预制舱舱壁(大面积阻火、怕重怕震):选E200(20mm轻质大板,耐温1300℃,50%到60%回弹性)。
以上三款材料均支持按图纸裁切、打样。如果大家手头的项目或者在做热失控方案需要具体的测试数据与样品,可以联系凯米沃的技术人员直接沟通。