Ne vous contentez pas de retarder la propagation thermique de cellule à cellule, arrêtez-la.

Les ingénieurs en batteries sont confrontés au défi de taille consistant à maximiser la protection contre l'emballement thermique tout en optimisant les performances du véhicule. Cette tâche devient encore plus critique à mesure que les conceptions cellule-à-pack et cellule-châssis gagnent en popularité, car les fabricants perdent la protection supplémentaire qui peut être intégrée dans une conception basée sur des modules. Bien que de nouveaux produits chimiques tels que le LFP et le solide soient commercialisés comme des alternatives plus sûres au NMC, il existe toujours un risque de propagation thermique.

La sécurité est un obstacle important que les constructeurs automobiles doivent surmonter pour encourager l’adoption généralisée des véhicules électriques à batterie. La Chine (GB38031) et les Nations Unies (ECE/TRANS/180/Add.20) ont établi la référence actuelle en matière de contrôle de la propagation thermique avec leurs réglementations sur les délais de 5 minutes. Avec l'arrivée prochaine de blocs-batteries à plus grande autonomie et plus puissantes, les équipementiers devraient se préparer aux réglementations ultérieures qui seront probablement plus longues (par exemple, 10, 20, 30 minutes) jusqu'à ce qu'à terme, des systèmes fiables et non propagateurs soient nécessaires.

Il existe plusieurs voies de transfert de chaleur d’une cellule en emballement thermique vers ses voisines. Le plus évident est la conduction de cellule à cellule. D'autres éléments à prendre en compte lors de l'élaboration d'une stratégie d'atténuation de la propagation thermique comprennent la gestion des gaz, les voies conductrices secondaires (plaque de refroidissement inactive, barre omnibus, etc.) et le refroidissement actif (si le mécanisme est toujours fonctionnel après un scénario de crash). les barrières cellulaires constituent la première ligne de défense lorsqu’on tente de contrôler la propagation thermique.

Les barrières cellule à cellule doivent gérer l’énergie mécanique et thermique

Dans les applications en pochettes et en cellules prismatiques, une barrière cellule à cellule joue deux rôles :

1. Mécanique

Les barrières cellule à cellule doivent agir comme un coussin de compression et absorber le mouvement des cellules lorsqu'elles gonflent avec l'âge, ainsi que pendant les cycles de charge et de décharge. Au cours de ces cycles, les cellules se dilatent et se contractent comme des poumons qui aspirent et expulsent leur souffle. Historiquement, ce rôle est rempli par les mousses de polyuréthane ou les mousses de silicone, mais leurs températures maximales d'exposition culminent autour de 100 à 300°C. Ils valent mieux que rien, mais ne respectent généralement pas la réglementation en matière de délai de 5 minutes.

2. Thermique

Le deuxième travail que remplissent les barrières de cellule à cellule est une barrière coupe-feu. Ils doivent offrir une résistance thermique exceptionnelle – lorsqu’ils sont comprimés – à des températures de 1000 XNUMX°C ou plus. Les matériaux tels que les métaux et les feuilles de mica ont de bonnes performances thermiques mais sont limités lorsqu'il s'agit d'absorber l'énergie mécanique.

L'aérogel est l'un des rares matériaux capables de bien fonctionner dans les deux catégories. Pendant des décennies, l’aérogel était réputé pour être l’isolant solide le plus léger et le plus performant au monde, mais il était difficile à fabriquer à grande échelle et trop fragile pour des applications pratiques. Aspen Aerogels s'est associé à la NASA pour développer et commercialiser la première couverture d'aérogel flexible. Après plus de 20 ans de succès avérés dans les domaines de l'isolation thermique, de l'isolation acoustique et de la protection passive contre l'incendie dans les applications industrielles, Tremble conçu PyroThin, une barrière thermique ultra fine et légère pour les applications EV. PyroThin les barrières thermiques peuvent remplir la fonction mécanique d’un coussin de compression et le rôle thermique d’une barrière coupe-feu.

Les équipementiers automobiles mondiaux choisissent PyroThin dans le cadre de leur stratégie d'atténuation de la propagation thermique, car PyroThin...

Résiste à des températures jusqu'à 1400°C

Développement des aérogels Aspen PyroThin étant entendu qu’il n’existe pas de solution universelle pour la barrière de cellule à cellule. Différentes compositions chimiques cellulaires brûlent à différentes températures et brûlent à chaud. PyroThin les barrières thermiques sont une plate-forme réglable où la chimie de l'aérogel et le renforcement des fibres peuvent être ajustés en fonction des exigences d'une application.

Agit comme un coussin de compression élastique et résilient

PyroThin exploite la nanoporosité technique de l’aérogel de silice pour offrir des performances thermiques et mécaniques de premier ordre dans un format léger. Au cours du processus de durcissement de l'aérogel, de longues chaînes de polymère de silice se forment et agissent ensemble comme des milliards de nano-ressorts élastiques. Une couverture d'aérogel flexible a des pores 10,000 XNUMX fois plus petits que tout autre matériau isolant. A cette ampleur, la physique change complètement. PyroThin a une conductivité thermique inférieure à celle de l'air immobile, donc lorsqu'il est comprimé, la conductivité thermique s'améliore réellement.

Résistance thermique, même comprimée

L'aérogel a la conductivité thermique la plus faible de tous les matériaux sur Terre. Contrairement aux isolations traditionnelles, l’aérogel ne repose pas sur de l’air emprisonné. Quand PyroThin est comprimé, l'air qui a une conductivité thermique inférieure ou pire que l'aérogel est expulsé. Cela signifie des barrières de cellule à cellule plus fines, plus de cellules dans les modules, des packs plus légers et une portée accrue.

PyroThin Les barrières thermiques avancées promettent un avenir sans propagation

En plus des équipementiers automobiles soumis PyroThin Aux tests du monde réel, Aspen Aerogels a développé une série de tests de mini-modules. Deux cellules – une cellule de déclenchement et une cellule adjacente – ont un PyroThin barrière thermique entre eux pour voir si cela peut empêcher la propagation thermique d’une cellule à l’autre.

Dans la configuration de test ci-dessus, deux cellules prismatiques (CATL) de 62 Ah sont comprimées à l'intérieur d'un gabarit pour maintenir la pression frontale de la cellule. Aspen conçoit des tests de propagation thermique pour les pressions de fin de vie (EOL), donc le 2.35 mm PyroThin était à environ 50 % de déformation. Un coussin chauffant de 160 W déclenche l’emballement thermique de la cellule.

Il est intéressant de noter que lorsque la cellule se dégonfle, la pression chute et PyroThin peut légèrement se dilater entre les cellules. En 30 minutes, la cellule adjacente atteint une température maximale de 130°C au bout de 5 minutes mais ne subit pas d'emballement thermique. Il est important de noter que cette configuration de mini-module isole les voies conductrices des voies secondaires dans une configuration de pack réelle. Cependant, ces tests montrent que l’emballement thermique peut être stoppé au niveau cellule à cellule. Les ingénieurs peuvent désormais porter leur attention sur les autres mécanismes et sur la manière de les isoler, pour finalement parvenir à une conception non-propagation.

PyroThin les barrières thermiques sont une solution éprouvée, tant en laboratoire que sur la route. Aspen Aerogels a été nommé lauréat du prix Overdrive pour l'excellence du lancement, dans le cadre du 30e prix du fournisseur de l'année de General Motors. PyroThinLa technologie de et le support technique agile d'Aspen ont joué un rôle crucial dans la stratégie de propagation thermique de GM pour sa plate-forme de batterie Ultium.