बैटरियों में थर्मल रनवे को रोकना

बैटरियों के लिए सबसे बड़ा खतरा थर्मल रनअवे है, जहां उत्पन्न गर्मी अपव्यय दर से अधिक हो जाती है, जिससे एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शुरू हो जाती है। इससे आग लग सकती है और बैटरी पूरी तरह ख़राब हो सकती है, जिससे वाहन के अन्य घटक प्रभावित हो सकते हैं। थर्मल रनवे को रोकने और नियंत्रित करने के लिए, बैटरी डिज़ाइन में संपीड़न पैड, मॉड्यूल बाड़े और बैटरी आवरण शामिल हैं। गर्मी के प्रसार को रोकने के लिए संपीड़न पैड को कोशिकाओं के बीच रखा जाता है, जबकि मॉड्यूल बाड़े मॉड्यूल के भीतर थर्मल रनवे को रोकने के लिए समूह कोशिकाओं को रखते हैं। अंत में, वाहन के अन्य हिस्सों को थर्मल भगोड़े प्रभावों से बचाने के लिए इन मॉड्यूल को बैटरी आवरण में रखा जाता है।

बैटरी संलग्नक डिजाइन

इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी बाड़े बैटरी के प्रकार, शीतलन आवश्यकताओं, मॉड्यूल वितरण और अनुप्रयोग के आधार पर डिजाइन, आकार और आकार में काफी भिन्न होते हैं। आम तौर पर, एक मॉड्यूल संलग्नक में निम्न शामिल होते हैं:

1. एक आधार आवास,

2. एक बाहरी आवरण,

3. आंतरिक और बाहरी घटकों को जोड़ने वाली एक कनेक्शन प्लेट,

4. थर्मल रनवे के दौरान दबाव संतुलन या गैस रिलीज के लिए एक निकास वाल्व।

बैटरी बाड़ों के लिए सामग्री का चयन

बैटरी बाड़ों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में उच्च तापीय प्रदर्शन, अच्छे यांत्रिक गुण और हल्के वजन होने चाहिए। परंपरागत रूप से, एल्यूमीनियम और स्टील को उनके ताप प्रतिरोध और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्तता के लिए प्राथमिकता दी गई है। हालाँकि, धातु सामग्री के द्रव्यमान को अच्छी तरह से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, विशेष रूप से हाइब्रिड और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए, जहाँ कम वाहन द्रव्यमान का मतलब उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबी दूरी है। वर्तमान में, बैटरियां वाहन के कुल द्रव्यमान का 50% तक हो सकती हैं।

कंपोजिट मटेरियल

मिश्रित सामग्री एक हल्का विकल्प प्रदान करती है और संभावित रूप से कई पहलुओं में धातुओं से आगे निकल सकती है, हालांकि वे अधिक जटिल और महंगी हैं। उदाहरण के लिए, मोटरस्पोर्ट ग्राहकों के लिए विकसित एक कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर बाड़े ने 6.7 किलोग्राम (14.8 पाउंड) वजन वाले एल्यूमीनियम बाड़े को केवल 616 ग्राम (1.35 पाउंड) वजन वाले एक मिश्रित बाड़े से बदल दिया, जिससे 91% वजन में कमी आई। कार्बन फाइबर थर्मोसेट प्रीप्रेग का उपयोग उनके उच्च तापीय और यांत्रिक प्रदर्शन के लिए किया गया था। कार्बन फाइबर ताकत और कठोरता प्रदान करता है, जबकि उच्च श्रेणी के राल सिस्टम, जैसे कि एपॉक्सी, पूर्व-संसेचित होते हैं। हालाँकि, मैन्युअल ले-अप प्रक्रियाएं, लंबे समय तक ठीक होने का समय और आटोक्लेव पर निर्भरता प्रीप्रेग बैटरी बाड़ों के उत्पादन को सीमित करती है।

मिश्रित सामग्रियों का एक अन्य लाभ प्रत्येक बैटरी बाड़े की विशिष्ट लोड आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए फाइबर अभिविन्यास को अनुकूलित करने की क्षमता है। फाइबर की दिशा और परतों की आवश्यक संख्या निर्धारित करने, हल्के वजन को बनाए रखते हुए उच्च कठोरता और ताकत सुनिश्चित करने के लिए डिजाइन प्रक्रिया में परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। धातु के आइसोट्रोपिक गुण अभी भी लाभ प्रदान करते हैं, अक्सर अतिरिक्त ताकत और कठोरता प्रदान करने के लिए बोल्ट कनेक्शन के आसपास उपयोग किया जाता है। हाइपरमेश और ऑप्टिस्ट्रक्ट जैसे सॉफ़्टवेयर बैटरी बाड़ों की अनिसोट्रोपिक मिश्रित सामग्री का अनुकरण करते हैं।

विद्युतीय इन्सुलेशन

बैटरी बाड़ों को विकसित करते समय विद्युत इन्सुलेशन एक और विचार है। चूंकि कार्बन फाइबर प्रवाहकीय है, इसलिए विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक घटकों को इन्सुलेट करने के लिए ग्लास फाइबर परतों को लैमिनेट में एकीकृत किया जाता है।

प्रमाणीकरण

बैटरियों और बाड़ों के थर्मल प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, उन्हें प्रमाणन के लिए विभिन्न सुरक्षा परीक्षण और मानकों को पारित करना होगा। पहला मानक यूएन38.8 है, जो आठ परीक्षणों के माध्यम से परिवहन के दौरान लिथियम बैटरी की सुरक्षा सुनिश्चित करता है, जिसमें ऊंचाई सिमुलेशन, थर्मल परीक्षण, कंपन, झटका, बाहरी शॉर्ट सर्किट, प्रभाव और क्रश, ओवरचार्ज और मजबूर डिस्चार्ज शामिल हैं। ईसीई R100 रेव2 के तहत बैटरियों को भी प्रमाणीकरण की आवश्यकता होती है, जो लोगों या सामानों के परिवहन के लिए चार-पहिया इलेक्ट्रिक वाहनों में स्थापित लिथियम बैटरियों के लिए आवश्यक परीक्षणों की रूपरेखा तैयार करता है। विमानन में, DO311A और DO160G जैसे अन्य मानकों पर विचार किया जाना चाहिए।

बैटरी थर्मल सिमुलेशन

बैटरी बाड़ों के लिए, मिश्रित सामग्री को यूएल94 ज्वलनशीलता सुरक्षा मानकों को पूरा करना होगा, जिसमें कई सतह, ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज जलने के परीक्षण शामिल होंगे। नियंत्रित लपटों को एक विशिष्ट अवधि में कई बार सामग्री पर लागू किया जाता है, और सामग्री के निरंतर जलने का समय, साथ ही जलने या धधकती बूंदों के साक्ष्य, यह निर्धारित करते हैं कि क्या यह यूएल94 की V0, V1, या V2 रेटिंग को पूरा करता है। लौ जितनी तेजी से अपने आप बुझती है, सामग्री का प्रतिरोध उतना ही मजबूत होता है, जिसमें V0 उच्चतम रेटिंग होती है, जो ज्वाला टपकने के बिना 10 सेकंड के भीतर बुझ जाती है।