Liitiumioonakud varustavad energiaga paljusid tänapäevaseid seadmeid alates nutitelefonidest kuni elektrisõidukiteni. Nende laialdane kasutamine on aga toonud esile ohutusriskid, eelkõige termilise kontrolli alt väljumise ohu. See on ahelreaktsioon, mille käigus aku sisemine ülekuumenemine võib põhjustada süttimise ja intensiivse tulekahju, mida on raske kustutada.
Praegused suundumused näitavad liitiumioonakudega seotud tulekahjude arvu kasvu. Ainuüksi Ühendkuningriigis teatasid päästeteenistused 2023. aastal selliste elektrijalgrataste, elektritõukerataste ja elektrisõidukitega seotud tulekahjude arvu 46% suurenemisest võrreldes eelmise aastaga. See rõhutab tungivat vajadust täiustatud ohutusmeetmete järele, mis aitaksid neid riske tõhusalt vähendada.
Kuidas tulekindlad materjalid ahelreaktsiooni katkestavad
Termiline kontrolli alt väljumine tekib siis, kui liitiumioonaku saab kahjustada või selles tekib lühis. See käivitab kuumuse ja keemiliste reaktsioonide tagasisideahela, mis võib lõppeda tulekahju või plahvatusega. Elektrisõidukite akupakid koosnevad paljudest omavahel ühendatud väikestest elementidest ning ühe elemendi rike võib nõuetekohase isoleerimise puudumisel kiiresti levida kogu akupakile.
Tulekindlad materjalid mängivad termilise kontrolli alt väljumise piiramisel olulist rolli, kuna need taluvad kõrgeid temperatuure ja toimivad füüsiliste tõketena, mis aitavad kuumuse ning leekide levikut piirata ja summutada. Need materjalid parandavad tuleohutust, aeglustades termilise reaktsiooni levikut ja andes sõidukis viibijatele väärtuslikku lisaaega sõidukist väljumiseks.
Kuigi ükski tehnoloogia ei suuda termilist kontrolli alt väljumist täielikult ära hoida, parandab tulekindlate materjalide kasutamine elektrisõidukite akusüsteemides ja tööstuslikes energiasalvestites märkimisväärselt tulekahju piiramist ning soojusjuhtimist. Selles artiklis tutvustatakse peamisi tulekindlaid lahendusi, mis on mõeldud liitiumioonakude ohutuse suurendamiseks ning termilise kontrolli alt väljumise tagajärgede vähendamiseks elektrisõidukites ja tööstuslikes energiasalvestites.
Peamised tulekindlad lahendused liitiumakude tulekaitseks
Kaltsiumsilikaadist isolatsiooniplaat
Kasutus: Vitcase kaltsiumsilikaatplaat sobib tänu oma kuumakindlatele ja isoleerivatele omadustele suurepäraselt elektrisõidukite akukambrite vooderdamiseks. See isolatsiooniplaat talub kõrget temperatuuri kuni 1100 °C ja võib toimida usaldusväärse soojustõkkena.
Eelised:
- Plaadid suurendavad termilist stabiilsust, takistades kuumuse levikut akuelementide vahel, parandades seeläbi ohutust ja pikendades aku kasutusiga kõrge temperatuuriga keskkonnas.
- Kaminakonstruktsioonide plaat tagab tõhusa soojusisolatsiooni, piirab liigset soojusülekannet ja parandab aku ohutust.
Alumiiniumfooliumiga biolahustuv isolatsioonimatt
Kasutus: Alumiiniumfooliumiga Vitcase biolahustuv isolatsioonimatt toimib elektrisõidukite akusüsteemides soojustõkkena. Biolahustuvast kiust südamik tagab isolatsiooni ja vastupidavuse äärmuslikele temperatuuridele, alumiiniumfoolium aga peegeldab soojuskiirgust. Seetõttu sobib materjal paigaldamiseks akuelementide vahele või akupaki väliskihiks.
Eelised:
- Talub kõrget temperatuuri kuni 1200 °C ja takistab kuumuse levikut termilise kontrolli alt väljumise korral.
- Alumiiniumfoolium parandab soojuse peegeldamist ja piiramist.
- Materjal on kerge, lihtsalt paigaldatav ja keskkonnahoidlik ning võimaldab tõhusat soojusjuhtimist ilma kaalu märkimisväärselt suurendamata.
Alumiiniumkattega isolatsioon
Kasutus: Alumiiniumkattega Vitcase isolatsioonivilt sobib ideaalselt elektrisõidukite akupakkide või üksikute akuelementide katmiseks. See moodustab täiendava soojuskaitsekihi, mis piirab kuumuse levikut ja aitab vältida termilise kontrolli alt väljumist. Alumiiniumfooliumikiht toimib täiendava kaitsekilbina, mis peegeldab soojuskiirgust.
Eelised:
- Vähendab soojusülekannet akuelementide ja ümbritsevate komponentide vahel.
- Materjal on kerge ja paindlik, mistõttu saab seda hõlpsalt kasutada kompaktsetes akukambrites.
- Parandab ohutust, toimides kõrge temperatuuriga soojustõkkena kuni 550 °C juures. Alumiiniumfooliumikihi temperatuuritaluvus on 300 °C.
Liitiumakude tulekaitse tööstuslikes energiasalvestites
Tööstuskeskkonnas, näiteks tehastes ja ladudes, nõuab liitiumioonakude tulekaitse erinevate tulekindlate lahenduste kombineerimist:
Kaltsiumsilikaadist isolatsiooniplaat
Kasutus: Vitcase kaltsiumsilikaadist isolatsiooniplaat sobib ideaalselt liitiumakude hoiuruumide seinte, põrandate ja lagede vooderdamiseks, moodustades kuumakindla ning vastupidava tulekaitsetõkke.
Eelised:
- Tagab suurepärase soojusisolatsiooni ja piirab soojusülekannet ladustatud akude vahel.
- Säilitab konstruktsioonilise terviklikkuse temperatuuril kuni 1100 °C, tagades pikaajalise töökindluse.
- Plaat on kerge ja hõlpsasti paigaldatav ning sobib eritellimusel projekteeritud hoiuruumidesse.
Alumiiniumfooliumiga biolahustuv isolatsioonimatt
Kasutus: Alumiiniumfooliumiga Vitcase biolahustuv isolatsioonimatt on mõeldud üksikute liitiumakupakkide katmiseks ja isoleerimiseks ning tagab hoiuüksustes suurepärase soojusisolatsiooni ja kuumuse piiramise.
Eelised:
- Moodustab kuni 1200 °C taluva tõkke, isoleerib akupakke ja piirab kuumuse levikut.
- Alumiiniumfooliumikiht peegeldab soojuskiirgust ning parandab kuumuse piiramist ja soojusjuhtimist.
- Materjal on kerge, paindlik ja lihtsalt paigaldatav, võimaldades hoiuruumi tõhusalt korraldada.
Alumiiniumkattega isolatsioon
Kasutus: Alumiiniumfooliumiga kaetud Vitcase isolatsioonivilt sobib ideaalselt akukambrite või tervete hoiuüksuste katmiseks ning toimib tõhusa soojuskiirguskilbi ja soojusisolatsioonina. Isolatsioonivilt talub temperatuuri kuni 550 °C, alumiiniumkiht aga kuni 300 °C.
Eelised:
- Ühendab usaldusväärse soojusisolatsiooni soojuskiirguse peegeldamisega ja vähendab kuumuse kogunemist.
- Materjal on paindlik ja hõlpsasti paigaldatav ning sobib erinevate hoiulahendustega.
- See on kerge ja vastupidav ning moodustab liitiumakude salvestussüsteemidele täiendava soojuskaitsekihi.
Asjatundja soovitus: Hoiuüksuste nõuetekohane eraldamine omaette sektsioonideks piirab kuumuse ja leekide levikut akude vahel. Selline lahendus tagab tõhusa tulekaitse, parandab töötajate ja seadmete ohutust ning vähendab tulekahjustuste ohtu liitiumioonakude hoiuruumides.
Elektrisõidukite kaitsmine termilise kontrolli alt väljumise eest
Soojustõkked
Tervikliku lahenduse saamiseks kombineerige biolahustuv isolatsioonimatt tulekindla vooderdusega, näiteks alumiiniumkattega lõõriisolatsiooniga, et moodustada akukambrites soojustõkked. Need tõkked aitavad piirata soojusülekannet akuelementide vahel ning annavad liitiumioonaku tulekahju korral sõidukis või hoiuruumis viibijatele rohkem aega ohutuks väljumiseks.
Vahede tihendamine
Nõuetekohane tihendamine takistab liitiumakude tulekahju levikut akupaki sees. Uued uuenduslikud lahendused keskenduvad veekindla ja lühiseid ennetava suletud korpuse loomisele. Selleks tuleb hoolikalt hinnata akupaki tihenduspinda, mis peab täpselt sobituma korpuse konstruktsiooni ja rõngastihendiga. Soovitud tulemuse saavutamiseks on oluline akukorpuse ülemise kaane ja alumise osa täppistöötlus. Õhu- ja kuumuskindla soojustõkke säilitamisele aitab kaasa ka hermeetiku, näiteks liimi Vitcas CFA Adhesive, kandmine ühendatavatele metallosadele ning sobivast materjalist, näiteks EPDM-kummist survetihendite kasutamine.
Uued suundumused elektrisõidukite ohutuse projekteerimisel
Tootjad kasutavad akude ohutuslahendustes üha enam uuenduslikke materjale, sealhulgas:
Survepadjad:
- Survepadjad tagavad kott-tüüpi akuelementidele konstruktsioonilise toe ja tulekaitse. Need säilitavad liitiumioonakupakkides termilise ja elektrilise ühenduse, võimaldades samal ajal elementidel laadimise või äärmuslike temperatuuride korral paisuda. Uuringud näitavad, et madala kuni keskmise rõhu (0,08 MPa kuni 0,4 MPa) rakendamine võib optimeerida vananemisprotsessi ja pikendada aku kasutusiga. Kuumakindlate ja mittesüttivate kihtidega kombineeritud survepadjad parandavad ka ohutust, isoleerides termilise kontrolli alt väljumise korral. See on eriti oluline suurte, ülekuumenemisele vastuvõtlike elektrisõidukite akupakkide puhul. Täiendav kaitse aitab vähendada ohte ja kaitsta sõidukis viibijaid.
Kapseldusvahud:
- Kapseldusvahud tagavad silindriliste akuelementidega akupakkidele kerge soojusisolatsiooni ja konstruktsioonilise terviklikkuse. Need kaitsevad akuelemente löökide eest, vähendavad soojusülekannet ja aitavad vältida termilise kontrolli alt väljumist. Levinud materjalide hulka kuuluvad silikoon, mis talub kõrgeid temperatuure, tugeva ühenduse tagav epoksüvaik ning kulutõhusamat ja pehmemat isolatsiooni pakkuv polüuretaan. Materjal valitakse konkreetsete toimivusnõuete järgi.
Kokkuvõte: elektrisõidukite ohutuma tuleviku kujundamine
Tulekindlate materjalide areng muudab elektrisõidukite akud ohutumaks, aidates vähendada liitiumioonakude tulekahjudega seotud riske. Sellised lahendused nagu biolahustuv isolatsioonimatt, kaminakonstruktsioonide plaat ja alumiiniumkattega lõõriisolatsioon võimaldavad elektrisõidukite tootjatel valmistada vastupidavamaid ning ohutumaid akusüsteeme.
Selline tulekindlatel materjalidel põhinev terviklik lähenemine parandab soojusjuhtimist ja akude ohutust, suurendab usaldust elektrisõidukite tehnoloogia vastu ning toetab kestlikku transporti. Tipptasemel ohutusmeetmete kasutuselevõtuga kehtestab elektrisõidukite sektor uusi standardeid ning loob eeldused keskkonnahoidlikumaks ja ohutumaks transporditulevikuks.
