셀 간 열 전파를 지연시키는 데 그치지 말고 중지하십시오.

배터리 엔지니어는 차량 성능을 최적화하는 동시에 열폭주 보호를 극대화해야 하는 어려운 과제에 직면해 있습니다. 제조업체가 모듈 기반 설계에 내장할 수 있는 추가 보호 기능을 상실하기 때문에 셀-팩 및 셀-섀시 설계의 인기가 높아짐에 따라 이 작업은 더욱 중요해졌습니다. LFP 및 고체 상태와 같은 최신 화학 물질이 NMC에 대한 보다 안전한 대안으로 판매되고 있지만 여전히 열 전파의 위험이 있습니다.

안전은 배터리 전기 자동차의 광범위한 채택을 장려하기 위해 자동차 제조업체가 극복해야 하는 중요한 장애물입니다. 중국(GB38031)과 UN(ECE/TRANS/180/Add.20)은 5분 지연 규정을 통해 열 전파 제어에 대한 현재 기준을 설정했습니다. 더 높은 범위와 더 높은 전력의 배터리 팩이 곧 출시될 예정이므로 OEM은 결국에는 신뢰할 수 있는 비전파 시스템이 필요할 때까지 길어질 수 있는(예: 10분, 20분, 30분) 후속 규정에 대비해야 합니다.

열 폭주 상태의 셀에서 이웃 셀로 열이 전달되는 경로는 여러 가지가 있습니다. 가장 확실한 것은 세포 간 전도입니다. 열 전파 완화 전략을 개발할 때 고려해야 할 다른 요소로는 가스 관리, 2차 전도성 경로(비활성 냉각판, 버스 바 등) 및 활성 냉각(충돌 시나리오 후에도 메커니즘이 여전히 작동하는 경우)이 있습니다. 세포 장벽은 열 전파를 제어하려고 할 때 첫 번째 방어선입니다.

세포 간 장벽은 기계적 및 열 에너지를 관리해야 합니다.

파우치 및 각형 셀 응용 분야에서 셀 간 장벽은 두 가지 역할을 합니다.

1. 기계적

셀 간 장벽은 압축 패드 역할을 해야 하며 충전 및 방전 주기 동안뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 부풀어오르는 셀의 움직임을 흡수해야 합니다. 이 주기 동안 세포는 폐가 숨을 쉬고 내쉬는 것처럼 팽창하고 수축합니다. 역사적으로 이 역할은 폴리우레탄 폼이나 실리콘 폼으로 채워졌지만 최대 노출 온도는 약 100~300°C에서 최고조에 달합니다. 없는 것보다는 낫지만 일반적으로 5분 지연 규정을 충족하지 못합니다.

2. 열

세포 간 장벽이 충족하는 두 번째 직업은 화재 장벽입니다. 압축하는 동안 1000°C 이상의 온도에서 탁월한 열 저항을 제공해야 합니다. 금속 및 운모 시트와 같은 재료는 열 성능이 뛰어나지만 기계적 에너지를 흡수하는 데에는 제한이 있습니다.

에어로겔은 두 범주 모두에서 우수한 성능을 발휘할 수 있는 몇 안 되는 재료 중 하나입니다. 수십 년 동안 에어로젤은 세계에서 가장 가볍고 견고하며 성능이 가장 뛰어난 절연체로 유명했지만 규모에 맞게 만들기가 어려웠고 실제 적용하기에는 너무 취약했습니다. Aspen Aerogels는 NASA와 제휴하여 최초의 유연한 에어로겔 담요를 개발하고 상용화했습니다. 산업용 응용분야에서 단열, 방음 및 수동 화재 방지 분야에서 20년 이상 입증된 성공을 거둔 후, 아스펜 엔지니어링 PyroThin, EV 애플리케이션을 위한 초박형 경량 열 장벽입니다. PyroThin 열 장벽은 압축 패드의 기계적 기능과 방화 장벽의 열적 역할을 수행할 수 있습니다.

글로벌 자동차 OEM이 선택하는 PyroThin 열 전파 완화 전략의 일환으로 PyroThin...

최대 1400°C의 온도를 견딤

아스펜 에어로겔 개발 PyroThin 세포 간 장벽에 대한 일률적인 솔루션은 없다는 점을 이해합니다. 다양한 세포 화학 물질은 다양한 온도에서 연소되며 뜨겁게 연소됩니다. PyroThin 열 장벽은 에어로겔 화학 및 섬유 강화를 응용 분야의 요구 사항에 맞게 조정할 수 있는 조정 가능한 플랫폼입니다.

탄력있고 탄력있는 압축 패드 역할을 합니다.

PyroThin 실리카 에어로겔의 공학적 나노다공성을 활용하여 경량 형식으로 동급 최고의 열 및 기계적 성능을 제공합니다. 에어로겔 경화 과정에서 긴 실리카-폴리머 사슬이 형성되고, 이들은 수십억 개의 탄성 나노 스프링으로 함께 작용합니다. 유연한 에어로겔 담요는 다른 단열재보다 10,000배 작은 기공을 가지고 있습니다. 이 규모에서는 물리학이 완전히 변합니다. PyroThin 공기보다 열전도율이 낮기 때문에 압축하면 실제로 열전도율이 향상됩니다.

압축 시에도 열 저항

에어로겔은 지구상의 어떤 물질보다도 열전도율이 가장 낮습니다. 기존 단열재와 달리 에어로겔은 갇힌 공기에 의존하지 않습니다. 언제 PyroThin 압축하면 에어로젤보다 열전도율이 낮거나 나쁜 공기가 압착됩니다. 이는 더 얇은 셀 간 장벽, 모듈 내 더 많은 셀, 더 가벼운 팩 및 증가된 범위를 의미합니다.

PyroThin 비전파 미래에 대한 가능성을 보여주는 고급 열 장벽

자동차 OEM 대상 외에도 PyroThin 실제 테스트를 위해 Aspen Aerogels는 일련의 미니 모듈 테스트를 개발했습니다. 두 개의 셀(트리거 셀과 인접 셀)은 PyroThin 열 장벽 한 셀에서 다른 셀로의 열 전파를 방지할 수 있는지 확인합니다.

위의 테스트 설정에서는 두 개의 62Ah 각형 셀(CATL)이 지그 내부에서 압축되어 셀 면 압력을 유지합니다. Aspen은 수명 종료(EOL) 압력에 대한 열 전파 테스트를 설계하므로 2.35mm PyroThin 약 50%의 긴장 상태였습니다. 160W 가열 패드는 셀을 열 폭주 상태로 만듭니다.

흥미롭게도 셀이 배출되면 압력이 떨어지고, PyroThin 셀 사이를 약간 확장할 수 있습니다. 30분 동안 인접한 셀은 130분 지점에서 최고 온도 5°C에 도달했지만 열 폭주 상태로 전환되지는 않았습니다. 이 미니 모듈 구성은 실제 팩 구성에서 전도성 경로를 보조 경로로부터 분리한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그러나 이 테스트는 열 폭주가 셀 간 수준에서 중지될 수 있음을 보여줍니다. 이제 엔지니어는 다른 메커니즘과 이를 분리하는 방법으로 주의를 돌릴 수 있으며 결국 전파되지 않는 설계를 향해 작업할 수 있습니다.

PyroThin 열 장벽은 실험실 환경과 도로 모두에서 입증된 솔루션입니다. Aspen Aerogels는 Overdrive Award 수상자로 선정되었습니다. General Motors의 30번째 올해의 공급업체 상의 일환으로 Launch Excellence상을 수상했습니다. PyroThin의 기술과 Aspen의 민첩한 엔지니어링 지원은 GM의 Ultium 배터리 플랫폼에 대한 열 전파 전략에서 중요한 역할을 했습니다.