セル間の熱伝播を遅らせるだけでなく、阻止してください。

バッテリーエンジニアは、車両の性能を最適化しながら熱暴走保護を最大限に高めるという困難な課題に直面しています。セル対パックおよびセル対シャーシ設計の人気が高まるにつれて、メーカーはモジュールベースの設計に組み込むことができる追加の保護機能を失うため、このタスクはさらに重要になります。 LFP やソリッドステートなどの新しい化学物質は、NMC のより安全な代替品として販売されていますが、依然として熱伝播のリスクが存在します。

安全性は、自動車メーカーがバッテリー電気自動車の普及を促進するために克服しなければならない重要なハードルです。中国 (GB38031) と国連 (ECE/TRANS/180/Add.20) は、5 分間の遅延規制で熱伝播を制御するための現在のベンチマークを設定しています。より長距離かつ高出力のバッテリーパックが間もなく登場するため、OEM は、最終的には信頼性の高い非伝播システムが必要になるまで、さらに長くなる可能性が高い (10 分、20 分、30 分など) 今後の規制に備える必要があります。

熱暴走したセルから隣接するセルに熱が伝わる経路は複数あります。最も明白なのは細胞間の伝導です。熱伝播の緩和戦略を開発する際に考慮すべきその他の要素には、ガス管理、二次伝導経路 (非アクティブな冷却プレート、バスバーなど)、およびアクティブな冷却 (クラッシュシナリオ後に機構がまだ機能している場合) が含まれます。細胞バリアは、熱伝播を制御しようとするときの防御の最前線です。

細胞間の障壁は機械エネルギーと熱エネルギーを管理する必要がある

パウチおよび角形セルのアプリケーションでは、細胞間バリアが 2 つの役割を果たします。

1 メカニカル

細胞間の障壁は圧縮パッドとして機能し、経年変化や充電・放電サイクル中に膨張する細胞の動きを吸収する必要があります。これらのサイクル中、肺が息を吸ったり吐き出したりするように、細胞は膨張および収縮します。歴史的に、この役割はポリウレタンフォームまたはシリコーンフォームによって担われてきましたが、それらの最大暴露温度は約 100 ～ 300°C でピークに達します。何もしないよりはマシですが、通常は 5 分の遅延規制を満たせません。

2。 サーマル

細胞間バリアが果たす 1000 番目の役割は、防火バリアです。圧縮状態でも XNUMX°C 以上の温度で優れた耐熱性を発揮する必要があります。金属や雲母シートなどの材料は熱的には優れた性能を発揮しますが、機械的エネルギーの吸収に関しては限界があります。

エアロゲルは、両方のカテゴリーで優れた性能を発揮できる数少ない材料の 20 つです。エアロゲルは何十年もの間、世界最軽量の固体で最高の性能を誇る絶縁体として知られていましたが、大規模に製造するのは難しく、実用化するには壊れすぎていました。 Aspen Aerogels は NASA と提携して、初の柔軟なエアロゲル ブランケットを開発、商品化しました。産業用途における断熱、防音、および受動的防火として XNUMX 年以上の成功を証明した後、 アスペンエンジニアリング PyroThin、EV用途向けの超薄型軽量遮熱材。 PyroThin 断熱層は、圧迫パッドの機械的機能と防火層の熱的役割を果たします。

世界の自動車 OEM が選ぶ PyroThin 熱伝播緩和戦略の一環として PyroThin...

1400℃までの温度に耐える

アスペンエアロゲルを開発 PyroThin ただし、細胞間バリアには万能の解決策はないということを理解してください。細胞の化学的性質が異なると、さまざまな温度で燃焼し、高温で燃焼します。 PyroThin 遮熱層は、エアロゲルの化学的性質と繊維強化を用途の要件に合わせて調整できる調整可能なプラットフォームです。

弾力性と弾力性のある圧迫パッドとして機能します。

PyroThin シリカエアロゲルの設計されたナノ多孔性を利用して、軽量フォーマットでクラス最高の熱的および機械的性能を実現します。エアロゲルの硬化プロセス中に、長いシリカポリマー鎖が形成され、それらが一緒になって数十億の弾性ナノスプリングとして機能します。柔軟なエアロゲルブランケットには、他の断熱材よりも 10,000 倍小さい細孔があります。この大きさになると、物理現象は完全に変化します。 PyroThin 静止空気よりも熱伝導率が低いため、圧縮すると実際に熱伝導率が向上します。

圧縮時でも耐熱性

エアロゲルは、地球上のあらゆる材料の中で最も低い熱伝導率を持っています。従来の断熱材とは異なり、エアロゲルは閉じ込められた空気に依存しません。いつ PyroThin 圧縮されると、エアロゲルよりも熱伝導率が低いか悪い空気が絞り出されます。これは、セル間の障壁が薄くなり、モジュール内のセル数が増え、パックが軽量になり、航続距離が増加することを意味します。

PyroThin 高度な遮熱層が非伝播の未来を約束

自動車 OEM に加えて、 PyroThin 実際のテストに向けて、Aspen Aerogels は一連のミニモジュール テストを開発しました。 2 つのセル (トリガー セルと隣接セル) には、 PyroThin 熱障壁 それらの間で、あるセルから別のセルへの熱の伝播を防ぐことができるかどうかを確認します。

上記のテスト設定では、62 つの 2.35 Ah 角形セル (CATL) がジグ内で圧縮され、セル面の圧力が維持されます。 Aspen は、寿命末期 (EOL) の圧力に対する熱伝播テストを設計しているため、XNUMXmm PyroThin ひずみは約50％でした。 160W の加熱パッドはセルを熱暴走させます。

興味深いことに、セルが通気すると圧力が低下し、 PyroThin 細胞間でわずかに膨張する可能性があります。 30 分経過すると、隣接するセルは 130 分の時点で 5°C のピーク温度に達しますが、熱暴走にはなりません。このミニモジュール構成により、実際のパック構成では導電経路が二次経路から分離されることに注意することが重要です。ただし、このテストは、熱暴走をセル間のレベルで阻止できることを示しています。エンジニアは他のメカニズムとそれらを分離する方法に注意を移し、最終的に伝播しない設計に向けて取り組むことができます。

PyroThin 遮熱材は、実験室でも道路でも実証済みのソリューションです。 Aspen Aerogels が Overdrive Award 受賞者に選ばれました ゼネラルモーターズの第30回サプライヤー・オブ・ザ・イヤー賞の一環として、ローンチ・エクセレンス賞を受賞しました。 PyroThinのテクノロジーとアスペンの機敏なエンジニアリング サポートは、GM の Ultium バッテリー プラットフォームの熱伝播戦略において重要な役割を果たしました。