Giriş: Neden Heat Shields Ever Than Ever

Elektrikli araçlar (EV) ana akıma nişten taşındı, ancak bu değişim, iç yanma araçlarında, güvenilirlik ve uzunluğa odaklanacak yoğun bir odak noktası haline geliyor. -En kritik olandan biri - ve hatta modern EV tasarımındaki sorumlular ısı kalkanı artış ve şarj hızları 350 kW'a kadar sürüyor, bir EV içindeki ısı yükleri, iç yanma araçlarına ve daha güçlü ısı kalkanı olmadan, bileşeninin riskini ve hatta ısıtımının düşmesini sağlıyor.

Heat Shields Nasıl Çalışır: Temeller

Heat kalkanları aşırı ısıdan hassas bileşenleri koruyan pasif termal yönetim cihazlarıdır. Üç birincil mekanizmayla çalışır: yansıma, yalıtım ve dağıtım.

  • [FONT:0)Reflection:[Dönetici:0)Deflection:[Dönetici:0))Deflection:[Dönetici yüzeyi korumalı alandan uzak, aynanın ışığı gibi, alüminyum ve paslanmaz çelik folyolar bu fonksiyon için ortak seçeneklerdir.
  • [FONT:0)Insulation:[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Düşük iletken malzemeler (seramik fiberler, aerogels veya mineral y) ısı geçişinin bir taraftan yüksek sıcaklıklara sahip olan ısı bariyerini yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlayın.
  • [FONT:0)Dissipation:[Dönetici:[Döneticiler) Bazı kalkanlar büyük bir yüzey alanı boyunca ısıyı hızla yaymak için tasarlanmıştır, hava akışı veya soğutma sistemi tarafından taşınmasına izin verir.

Uygulamada, çoğu EV ısı kalkanları bu ilkeleri birleştiren çok katmanlı yapılardır. Örneğin, bir kalkan dış yansıtıcı bir tabakaya sahip olabilir, vibrasyona veya bokluğa karşı koruyan bir iç tabaka. tam yapılandırma, adrese ve termal tehdite bağlıdır.

Termal Zorluklar Sonraki Nesil EV'lere Benzersiz

Geleneksel iç yanmalı motor araçları motor ve egzozdan ısı üretiyor, ancak EV'lerde ısının kaynakları ve modelleri temel olarak farklıdır - ve birçok yönden daha talep edilir.

Yüksek Battery Enerji Yoğunluğu

Modern lityum batarya daha önce hiç olmadığı kadar aynı hacime daha fazla enerji toplar. Yüksek enerji yoğunluğu genellikle hücreler ve daha reaktif kimyagerler (örneğin, nikel-rich NMC veya yüksek gerilim LFP varyantları gibi). Bu hücreler daha hassastır.

Ultra-Fast Şarj

350 kW'da şarj, batarya aracılığıyla muazzam akımları zorlar, sıvı soğutmalı kablolarla donatılmış, ancak araç kendi ısı yönetimi ile donatılmış 10 derecelik bir ısı kalkanı olmadan, bu ısı bataryanın iç ayırıcısına zarar verebilir veya elektrolitlitiğe zarar verebilir.

YüksekPerformance Elektrikli Motors

Sonraki nesil motorlar, örneğin eksenel-flux birimleri veya yüksek hızlı senkronizasyon motorlar, 200 °C'yi aşan rotor sıcaklıklarına ulaşabilir. Bu ısı yakındaki kontrollere, kablolara veya hatta yolcu kabinine kadar ısıtılabilir.

Termal Runaway Propagation

Belki de en alarm riski termal runaway - ısıtıldığında kendini aydınlatan malzemelerle bir araya gelir.Bir hücre başarısız olduğunda, flammable gazları serbest bırakabilir ve 100 şimdi en az beş dakika boyunca bir termal olay oluşturmak için batarya paketleri gerektirir ve ısı kalkanları en az beş dakika boyunca en uygun şekilde birleştirilir.

Eleştirel Alanlar, EVRAN'de Heat Shields tarafından korunan

Heat kalkanları, bir elektrikli aracın birkaç farklı bölgesinde, her biri kendi termal profili ve gereksinimleri ile dağıtılır.

Battery Pack

Paket içinde, ince ısı kalkanları, bir başarısızlık sırasında yavaş ısı transferine bireysel hücreler veya modüller arasında oturabilir. Ayrıca, yol ısısına karşı korumak için batarya muhafazası ve araç zemini arasında yerleştirilir (günümüzde, ya da sürtünmeden sonra egzoz alüminyum kompozitler burada yaygındır.

Elektrikli Motor ve İnver

Motor ve onun eşlik eden güç dönüştürücüleri hem elektriksel olarak ısıtılır (IGBT veya SiC MOSFET geçiş kayıpları ile) ve mekanik olarak (temizleme) ve inverter etrafındaki Shields, motor rüzgarlarının etrafındaki kontrol ünitesini korurken, ısınır.

In-Board Şarj ve DC-DC Converter

Bu bileşenler AC'yi DC'ye dönüştürür ve yüksek gerilimli bataryayı yardımcı sistemler için 12 V'ye adım atlar. Genellikle batarya veya motora yakın bulunurlar, ısı soak. Kompakt ısı koruyucuları yüksek termal iletkenlik ile donatılmıştır (örneğin, grafik çarşaflar) sıcak hava akımlarından onları korumak için yardımcı olur.

Wire Harnesses ve Kazımlar

Yüksek yüksek gerilim kabloları ve konektörler, 150 °C'nin üzerinde sürekli yüklere ulaşabilir. Heat kalkanlar bu ısıyı yakındaki plastik bileşenlerden zarar verir veya kablodaki erimeleri kendi başına tetikleyebilir. Braided elyaflar kollar ile sık kullanılan bir çözümdür.

Yolcu Kabin Rahatı

Bazı EV'lerde, batarya paketi zemin altında bulunur ve motor ısı kabin ısısını artırabilir. Zemin pan ve güvenlik duvarındaki ısı kalkanları gürültü ve ısı transferini azaltır, aşırı hava yoluyla yolcu konforunu geliştirir.

Heat Shield Materials

Daha hafif, daha verimli EV'ler yoğun malzeme inovasyonunu teşvik etti. Geleneksel damgalı çelik kalkanlar gelişmiş kompozitler ve hibrit yapılara yol açıyor.

Çok-Layerli Kombinasyonlar

Bunlar reflektif folyo tabakaları (aluminum veya paslanmaz çelik) ve düşük ücretli uzaycılar (köpek kumaş, seramik kağıt veya polyester ağ). katmanlar arasındaki hava boşlukları, nominal iletkenler olmadan mükemmel yalıtım sağlar.Autoneum).

Aerogel yalıtımı

Aerogels – hacmin %90'dan fazla hava ile ilgili temel malzemeler – bazı düşük termal iletkenler tarafından bilinir ( ⁇ 0.015 W/m·K).Seks (Dönetici) Çok hafif ama esnek polimer matrixte birkaç EVe gömülüdür.

Gelişmiş Seramik Fibers

Seramik fiber matlar (alumina-silica veya bir ışık-boria) 1200 °C'nin sürekli sıcaklıklara ve yukarıdan dayanabilir. Onlar yeraltı alanları (tekste) veya yüksek enerji direnişlerine yakın olarak kullanılırlar. Düşük ağırlıkları ve yüksek termal direniş onları çekici kılar, ancak maliyet endişe vericidir.

Faz Değişimi Malzemeler (PCMs)

Paraffin balmumu veya tuz hidratları gibi PCMler, sürekli bir sıcaklıkta büyük miktarda ısı harcıyorlar, ısı kalkanlarına entegre edildiğinde, şarj veya motor dalgalanmaları sırasında ısıyı yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Graphene ve Karbon Kompozitleri

Graphene'nin son derece yüksek bir düzlemde termal iletkenliği ( 5000 W /m·K) yüksek güçle karşılaştırılabilir görünebilir, ancak yüksek performanslı EV segmentlerinde ince bir kaplama olarak kullanılırken, daha büyük bir alana kadar ısıyı hızla yayılabilir, sıcak noktaları önlemek.

Tasarım ve Entegrasyon Challenges

Doğru ısı kalkanı materyali seçmek sadece savaşın yarısıdır. Mühendisler de ağırlık, uzay, maliyet ve üretim karmaşıklığı dikkate almalıdır.

Kilo vs. Koruma

Her kilogram ısı kalkanına eklenmiştir. Bu nedenle, tasarımcılar, çelik veya kalın seramik karoların ağırlığının bir kısmında yüksek ısı performansı ile malzeme arıyorlar. Multikat kompozitler ve aerogels kazanıyor çünkü çelik veya kalın seramik karotların ağırlığının bir kısmında üstün yalıtım sunuyorlar.

Uzay Kıtlamaları

EV ambalajı son derece sıkıdır. Battery paketleri genellikle tüm zemini doldurur, hücreler ve vücut arasında ek bir kalkan için küçük oda terk eder. Mühendisler ince, uyumlu veya karmaşık şekillerde kalıplanabilir. Vakumlu plastik folyo kalkanları düşük ücretli alanlarda popüler bir çözümdür.

Termal Bisiklet ve Durability

EVs binlerce termal döngü (kömürücü, discharging, mevsimsel sıcaklık değişiklikleri) ısı kalkanları zaman içinde yansımalarını bozmak veya zaman içinde yansıma özelliklerini kaybetmemelidir. Odalarda hız sallanan yaşlanma testleri -40 °C'den +150 °C'ye kadar hızlanıyor.

Maliyet ve İmalat Maliyet

Massmarket EVs, egzotik havacılık malzemelerinin maliyetini alamaz. - Büyükvolume üretimi, damgalanabilir, ölü-küre veya hızla kalıplaşmış çözümler sunar. Birçok tedarikçi şimdi araç maliyetlerini azaltır. ”-Dana'nın termal yönetimi bölümüDana'nın termal yönetimi bölümü).

Düzenleme Sürücüler ve Endüstri Standartları

Güvenlik düzenlemeleri EV'lerde ısı kalkan inovasyonu zorlamak birincil güçtür. Anahtar gereksinimleri şunlardır:

  • [FONT=0)UN R100 (Rev.3) / Euro NCAP:[Dönetici:) Battery paketleri, en az 5 dakika boyunca bitişik modüllere yol açmadan termal bir koşu etkinliğine dayanmalıdır. Heat kalkanlar bunu karşılamak için birincil pasif ölçümdür.
  • [FONT:0)SAE J2464: [Dönetici: [Dönetici: 0,0)) ve dolaylı olarak sağlam termal engeller için ihtiyaç duyar.
  • [FONT:0)ISO 6469: , parçaların termal stres testlerini içeren EV'ler için güvenlik standartları.
  • [FONT:0]Federal Motor Araç Güvenliği Standart (FMVSS) 305: [FONTT:1] ABD'de, bu elektrikli araç batarya güvenliğini kapsar ve ısı tehlikelerini azaltmak için gereklilikleri içerir.

Bu standartlarla uyum, mümkün olmayan ve ısı kalkan üreticileri, ürünlerini gösteren doğrulanmış verileri gerçekçi istismar senaryolarına dayanabilecek şekilde sağlamalıdır. Düzenleme basıncı yalnızca EV kabul büyüdükçe ve gerçek dünya yangınlarından gelen veriler gelecekteki kurallaşma konusunda artacaktır.

Alan hızla gelişiyor. Birkaç trend bir sonraki ısı kalkanlarının nesli şekillendiriyor:

Aktif Termal Yönetim Entegrasyonu

Pasif ısı kalkanları, sadece tuzaktan ziyade, yüksek çözünürlükte sıvı soğutmalı plakalar gibi aktif soğutma döngüleriyle birleştirilir.Bu “akıllı kalkan” yaklaşımı zaten Tesla'nın batarya paketlerinde veya yağı soğutma motorlarında ısıtılır.

Adaptif ve Anahtarılabilir Malzemeler

Araştırma, ısıya yanıt vermede termal iletkenliklerini değiştirebilecek malzemeler üzerindedir. Örneğin, gerektiğinde ısıyı hızla dökmek için bir eşin üzerinde yüksek derecede etkili hale gelen bir kalkan.

Gömülü Sensörler ve Tanılar

Geleceğin ısı kalkanları, şarj oranları veya uyarı sürücülerinin anormalliklere uygun olarak kullanılmasını sağlamak için aracın batarya yönetim sistemine (BMS) girebilir. Bu tür “akıllı” kalkanlar pasif ve aktif güvenlik arasındaki boşluğu köprüler köprüler.

Katkı İmalatı

3Dprinted ısı kalkanları, iç soğutma kanalları veya sınıflanmış porosity ile tasarlanabilir, geleneksel damga veya kalıp ile elde edilemeyen özel termal özellikler sunar. Hala pahalı olsa da, katkı üretimi düşük performans EV'ler ve prototipler için uygulanabilir hale gelir.

Sürdürülebilirlik ve Güvenilebilirlik

Otomobil üreticileri karbon-nötr üretimine doğru ittikçe, ısı kalkan malzemeleri kaynaklanmış ve sorumlu bir şekilde bertaraf edilmelidir.Responsent alüminyum folyolar, biyo bazlı aerogels ve kolayca separatable kompozit tabakalar ilgi kazanıyor.

Sonuç: Dev bir İşle Küçük Bir Shield

Heat kalkanları, elektriksel bir araçtaki en şaşırtıcı bileşeni olmayabilir, ancak rolleri güvenlik, performans ve kullanıcı deneyimidir. Bir sonraki nesil EV'ler güç yoğunluğu, şarj hızı ve enerji kapasitesi, bu termal engellerdeki talepler sadece yenilikçi malzemelerle cevap verir -oerogels, faz değişikliği kompozitler, multi-katılımcı yapılar -ve bütünsel termal yönetim sistemlerine entegre etmek. Sonuç, daha sessiz bir yatırım için daha soğuk ve daha güvenli bir şekilde devam eder.