航空专用电池-2
本文摘要：（由ai生成）
这篇文章主要介绍了 BOLDair 电池系统中使用的先进复合材料，包括单体结构、热失控安全壳和无人机应用测试等方面。该系统采用高强度聚合物泡沫芯材支撑的内层和外层，以及手工叠层和热压罐固化制造的压缩成型技术。同时，该系统还设计了一个先进的 3D 打印歧管用于通风和冷却。在热失控测试中，BOLDair 电池组的复合压缩结构和外壳表现出了良好的热失控耐久性。此外，该技术已经在多个应用程序中成功部署，为公司的运输解决方案做出了贡献。
核心材料
CAD 渲染显示了 BOLDair 电池外壳内的单体结 构，该结构由高强度聚合物泡沫芯材支撑的内层 和外层组成。
BOLDair 电池外壳中的单体结构由高强度聚合物 泡沫芯材支撑的内外蒙皮组成。该核心在促进两个表 皮之间的交互方面发挥着至关重要的作用， 并提供了额外的功能。 克雷斯波评论道： “ 特定应用中泡沫的选 择在很大程度上受到比强度需求的影响；它需要高压 缩强度和低密度，以增加 CFRP 表皮之间横截面的惯 性矩，而重量损失最小。 ” 。“ 此外，确保所选泡沫材 料能够在相对较高的温度下工作也是至关重要的。 ”
BOLDair 的内部复合材料压缩和隔热结构采用手 工叠层和热压罐固化制造。压缩成型技术用于构建双 层单体外壳和盖子， 从而实现精确的尺寸精度和强度。外壳和顶板部件是通过手动将芯材放置在它们各 自的压缩模具中的预浸料层之间而形成的。
复合材料嵌入件嵌入整个芯体， 并与表皮接口，以在应用紧固件或连接器的位置提供结构加固。插入 件设计确保载荷在复合材料结构上更均匀地分布，从 而降低应力集中以及由于机械载荷或振动而导致的分 层或失效的风险。 克雷斯波解释道： “ 界面层用于连接 插入物和 CFRP 蒙皮。 ” 。“ 这些层有助于保持复合材 料单体车身的结构完整性和耐用性。 ”
该 CAD 模型显示（粉红色）复合材料插入件 加固核心和与表皮的接口，以提供应用紧固件 或连接器的结构支撑。
克雷斯波强调： “BOLDair 结构的每个元件中使 用的预浸材料都是由原始纤维材料制成的， 层压板内 部有长纤维，可在其工作区域内获得最佳性能。 ” 。 “ 尽管材料的确切基材成分是专有的，但碳纤维预浸 料的固结在预浸料系统的常规固结温度范围内。 ”
热失控安全壳
BOLDair 系统侧面安装了一个先进的3D 打印 歧管，用于通风和冷却。
BOLDair 电池组的复合压缩结构和外壳设计用于 提供热失控安全壳， 以确保安全可靠的运行。热失控 是一种自发的、高度破坏性的放热反应，由于其组成 材料之间的化学反应， 可能在电池内发生。这种反应 导致温度升高，从而导致自加热， 并最终导致电池的 机械和电气故障。
克雷斯波解释说：“在热失控的情况下，释放的能 量可能相当可观。”。“如果气体排放系统设计不当，这 种能量的大小可能相当于爆炸。爆炸过程中产生的火 焰会引发爆燃，导致熔融金属颗粒以高速从电池中排 出，导致周围结构严重磨损。”
在标准测试条件下， 经历热失控的电池的破坏性 是任何火焰都无法比拟的。在无法进行热管理的情况 下，选择能够有效容纳释放到一个电池的能量的适当 材料是防止传播到电池系统或周围环境中的更多电池 的唯一选择。
克雷斯波解释道： “ 目前，还没有既定的行业标准 来验证航空驱动应用的电池组级别的电池和电池组 。 ” 。“ 现有的材料合规标准， 即阻燃热塑性塑料的 UL 94 分类，只是一个基本的可燃性标准， 它不足以 规定能够承受热失控事件的材料， 以确保航空动力电 池的运行安全。为了解决这个问题， Bold 开发了其测 试和验证流程，重点是实现最佳性能和可靠性，同时 降低与热失控传播相关的风险。 ”
Bold 热管理系统的初始测试阶段包括将传热分析 与复合结构分析相结合的模拟。目的是研究电池应变、热管理能力和热失控发生之间的相互作用。该模 型结合了对电池通风和热传播的模拟，以隔离复合材 料结构的有效配方。
热管理模拟用于数字测试 BOLDair 结构的性能。
包含热失控。“热失控的锂金属电池的温度范围通常在 1200°C 之间 和 2000°C 之间，而对于锂离子电池（如 航空电池系统）， 根据电池类型的不同， 温度通常在 600°C 到 1200°C 之间。“ 分析背包内火焰传播的路径和 速度以及喷出颗粒的轨迹至关重要。 ”
Bold 的先进复合材料配方经受 1000°C 的火焰， 施 加的压力持续时间比预期的热失控事件更长。最终验证 测试包括对电池压缩结构和复合材料外壳中使用的选 定复合材料配方进行全尺寸热失控事件。所选择的复合 材料成功地控制了热失控，该过程有助于确保所选择的 材料是该航空应用的最佳材料。
克雷斯波说： “Bold 正在努力实现一项重大的工程 壮举，创造一种能够承受高达 2000°C 的极端温度的复合材料结构。” 。“ 必须注意的是， 没有任何材料能够无 限期地承受如此高的温度。然而， Bold 采用的测试方法 旨在开发能够有效评估复合材料在电池内承受热失控 事件的适用性的测试方法。 ”
图示为热失控检查的结果之一。值得注意的是， 电池组 件受到了严重损坏，而复合材料外壳仍然完好无损。
目前，无论是汽车还是航空航天， 都没有针对热 失控情况下电池结构的既定安全法规，而且由于各种 原因，目前的汽车电池测试方法被认为是不充分的。BOLDair 的外壳材料选择和设计实现了热失控耐久性，确保电池完好无损并连接到飞机框架上。与汽车 不同，在热失控事件中放弃飞机不是一种选择。Bold 的测试能力正在与 AS9100 质量管理系统一起开发，用 于航空航天行业。 BOLDair 电池组展示了 Bold 为评估 和建立航空电池中使用的复合材料的适当材料设计和 测试方法而开发的综合方法。这种创新方法对于促进制定高压电池和/或电池组材料的严格标准至关重要， 目的是确保未来高压航空驱动电池的安全性和可靠性。
无人机应用测试
BOLDair 的技术已经在多个应用程序中成功部署。“ 飞篮-Flying Basket ”（意大利博尔扎诺） 是一家 专门从事货物运输无人机技术的客户，已在其重型无 人机中部署了 BOLDair。该公司的成立是为了应对复 杂的自然和城市地形带来的物流挑战，在这些地形中，传统的运输方式往往缓慢而低效。创始人认识到 无人机克服这些挑战的潜力。
通过“飞篮-FlyingBasket”在重型货运无人机 中成功部署 BOLDair。
“ 飞篮 ”无人机具有先进的导航系统和 100 公斤 的有效载荷能力，适用于广泛的应用，从农业物资输 送和工业服务到电力线和建筑的电缆架线。 “ 飞篮 ”面临的重大技术挑战之一是开发一种能够长时间飞行 同时携带大量有效载荷的无人机。这需要具有高功率 部署能力的高能量密度存储，以提供必要的耐久性、 可靠性和安全性。 BOLDair 电池被证明是成功的，为 公司的运输解决方案做出了贡献， 并展示了无人机在 物流转型方面的潜力。
克雷斯波总结了BOLDair 在航空专用电池系统中 的复合材料应用： “ 我们与 BOLDair 的合作体现了我 们致力于突破复合材料技术的界限，实现更安全、更 高效的航空解决方案。我们将继续改进 BOLDair，并 为各种应用开发定制规范，无论是电池类型和容量， 还是冷却系统和操作优化。该项目不仅展示了我们的 技术实力， 还展示了我们对可持续发展的执着，推动 航空业走向更绿色、更创新的未来。 ”
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注：原文见，《 Aviation-specific battery system uses advanced composites to address electric, hybrid flight 》 2024.4.24
杨超凡 2024.4.25
