Taust

Mooduli termilisel levimisel on järgmised etapid: soojuse akumuleerumine pärast raku termilist kuritarvitamist, raku termiline põgenemine ja seejärel mooduli termiline põgenemine. Termiline põgenemine ühest rakust ei mõjuta; aga kui soojus levib teistele rakkudele, põhjustab levik doominoefekti, mis viib kogu mooduli termilise põgenemiseni, vabastades tohutu energia. Joonis 1näidatas termilise jooksmise testi tulemus. Moodul põleb vastupandamatu levimise tõttu.

Lahtri sees olev soojusjuhtivus on erinevates suundades erinev. Soojusjuhtivuse koefitsient on suunas suuremparalleelseltraku rullisüdamikuga; samas kui rulli südamiku suhtes vertikaalsel suunal on madalam juhtivus. Seetõttu on termiline levik küljelt küljele rakkude vahel kiirem kui vahelehtede kaudu rakkudesse. Seetõttu võib levikut vaadelda kui ühemõõtmelist levikut. Kuna akumoodulid on mõeldud suurema energiatiheduse jaoks, väheneb elementidevaheline ruum, mis halvendab soojuse levikut. Seetõttu käsitletakse soojuse leviku tõkestamist või blokeerimist moodulis kuimõjuviis ohtude vähendamiseks. 

Mooduli termilise põgenemise summutamise viis

Me saame piirata termilist põgenemist aktiivselt või passiivselt.

Aktiivne mahasurumine

Aktiivne termilise leviku summutamine põhineb enamasti soojusjuhtimissüsteemil, näiteks:

1) Seadke jahutustorud mooduli põhjale või sisekülgedele ja täitke jahutusvedelikuga. Jahutusvedeliku voolamine võib levikut tõhusalt vähendada.

2) Paigaldage mooduli peale tulekustutustorud. Kui toimub termiline põgenemine, käivitab akust eralduv kõrge temperatuuriga gaas torud kustutusaine leviku tõkestamiseks.

Soojusjuhtimine nõuab aga lisakomponente, mis toob kaasa kõrgemad kulud ja väiksema energiatiheduse. Samuti on võimalus, et juhtimissüsteem ei pruugi jõustuda.

Passiivne allasurumine

Passiivne allasurumine toimib, blokeerides leviku adiabaatilise materjali kaudu termiliselt põgenenud rakkude ja normaalsete rakkude vahel.

Tavaliselt peaks materjalil olema:

1. Madal soojusjuhtivus. Selle eesmärk on vähendada soojuse leviku kiirust.
2. Kõrge temperatuuritaluvus. Materjal ei tohiks kõrgel temperatuuril lahustuda ega kaotada soojustakistusvõimet.
3. Madal tihedus. Selle eesmärk on vähendada ruumala-energia kiiruse ja massi-energia kiiruse mõju.

Ideaalne materjal võib takistada nii soojuse levikut kui ka soojust neelata.

Materjali analüüs

• Airgel

Airgeeli nimetatakse "kõige kergemaks soojusisolatsioonimaterjaliks". See on hästi soojusisolatsiooni ja kaalub kerge. Seda kasutatakse laialdaselt akumoodulites termilise leviku kaitseks. Aerogeele on palju, nagu ränidioksiidi aerogeel, aerogeel, klaaskiust aerogeel ja eeloksüdeeritud kiud. Erinevatest materjalidest aerogeeli soojusisolatsioonikiht avaldab erinevat mõju termilisele äravoolule. Selle põhjuseks on soojusjuhtivuse koefitsiendi mitmekesisus, mis on tihedalt seotud selle mikrostruktuuriga. Joonis 2 näitab erinevate materjalide SEM-i välimust enne ja pärast põlemist.

Uuringud näitavad, et kuigi kiudsoojusisolatsiooni hind on madalam, on soojuse levikut tõkestav toime halvem kui aerogeelmaterjalil. Erinevat tüüpi aerogeelmaterjalidest toimib kõige paremini eeloksüdeeritud kiust aerogeel, kuna see säilitab pärast põlemist struktuuri. Keraamilisest kiust aerogeel toimib hästi ka soojusisolatsioonina.

• Faasi muutmise materjal

Faasimuutusmaterjali kasutatakse laialdaselt ka termilise leviku tõkestamiseks, kuna see salvestab soojust. Vaha on tavaline PCM, millel on stabiilne faasimuutuse temperatuur. Termilise ajalpõgenenud, soojust eraldub massiliselt. Seetõttu peaks PCM olema kõrgeesitussoojuse neelamisest. Kuid vahal on madal soojusjuhtivus, mis mõjutab soojuse neeldumist. Selle jõudluse edendamiseks püüavad teadlased kombineerida vaha teiste materjalidega, näiteks lisada metalliosakesi, kasutada PCM-i laadimiseks metallvahtu, lisadagrafiit, süsinik-nanotoru või paisutatud grafiit jne. Paisutatud grafiit võib samuti ohjeldada termilise äravoolu põhjustatud leeki.

Hüdrofiilne polümeer on ka omamoodi PCM termilise raja piiramiseks. Levinud hüdrofiilsed polümeermaterjalid on: kolloidne ränidioksiid, küllastunud kaltsiumkloriidi lahus,Tetraetüülfosfaat, tetrafenüülvesinikfosfaat, snaatriumpolüakrülaatjne.

•  Hübriidmaterjal

Termilist põgenemist ei saa ohjeldada, kui toetume ainult aerogeelile. Et edukaltisoleeridasoojust, peame kombineerima aerogeeli PCM-iga.

Lisaks hübriidmaterjalile saame konstrueerida ka mitmekihilist materjali erinevate soojusjuhtivuskoefitsientidega erinevates suundades. Moodulist soojuse väljajuhtimiseks saame kasutada suure soojusjuhtivusega materjali ja soojuslevi piiramiseks panna rakkude vahele soojusisolatsioonimaterjali.

Järeldus

Termilise leviku kontrollimine on keeruline teema. Mõned tootjad tegid küll mõningaid lahendusi soojuse leviku tõkestamiseks, kuid siiski otsitakse midagi uut, et kulusid ja mõju energiatihedusele alandada. Keskendume endiselt viimastele uuringutele. Ei ole“super materjal” mis võib termilise põgenemise täielikult blokeerida. Parimate lahenduste leidmiseks on vaja palju katseid.