Vertraag niet alleen de thermische voortplanting van cel tot cel, maar stop deze ook.

Accu-ingenieurs staan ​​voor de enorme uitdaging om de thermische overloopbeveiliging te maximaliseren en tegelijkertijd de voertuigprestaties te optimaliseren. Deze taak wordt zelfs nog belangrijker naarmate cel-naar-pakket- en cel-naar-chassis-ontwerpen steeds populairder worden, omdat fabrikanten de extra bescherming verliezen die in een op modules gebaseerd ontwerp kan worden ingebouwd. Hoewel nieuwere chemicaliën zoals LFP en vaste stof op de markt worden gebracht als veiliger alternatieven voor NMC, bestaat er nog steeds een risico op thermische voortplanting.

Veiligheid is een belangrijke hindernis die autofabrikanten moeten overwinnen om de wijdverbreide adoptie van batterij-elektrische voertuigen aan te moedigen. China (GB38031) en de Verenigde Naties (ECE/TRANS/180/Add.20) hebben de huidige maatstaf voor het beheersen van thermische voortplanting vastgesteld met hun voorschriften voor vertragingen van 5 minuten. Nu accupakketten met een groter bereik en een hoger vermogen in het verschiet liggen, moeten OEM's zich voorbereiden op daaropvolgende regelgeving die waarschijnlijk langer zal worden (bijvoorbeeld 10, 20, 30 minuten) totdat uiteindelijk betrouwbare niet-propagerende systemen nodig zullen zijn.

Er zijn meerdere manieren waarop warmte kan worden overgedragen van een cel die in thermische overstroming verkeert naar zijn buren. Het meest voor de hand liggende is cel-naar-celgeleiding. Andere elementen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwikkelen van een strategie voor het beperken van thermische voortplanting zijn onder meer gasbeheer, secundaire geleidende routes (inactieve koelplaat, stroomrail, enz.) en actieve koeling (als het mechanisme na een crashscenario nog steeds functioneert). celbarrières vormen de eerste verdedigingslinie bij het beheersen van thermische voortplanting.

Cel-tot-celbarrières moeten mechanische en thermische energie beheren

Bij zak- en prismatische celtoepassingen speelt een cel-tot-celbarrière twee rollen:

1. mechanisch

Cel-tot-celbarrières moeten fungeren als een compressiekussen en de beweging van de cellen absorberen naarmate ze ouder worden, maar ook tijdens laad- en ontlaadcycli. Tijdens deze cycli zetten de cellen uit en trekken ze samen, zoals longen adem halen en uitstoten. Historisch gezien wordt deze rol vervuld door polyurethaanschuim of siliconenschuim, maar hun maximale blootstellingstemperaturen bereiken een piek van ongeveer 100 tot 300 °C. Ze zijn beter dan niets, maar voldoen doorgaans niet aan de regels voor vertragingen van vijf minuten.

2. Thermisch

De tweede taak die cel-tot-celbarrières vervullen is een brandbarrière. Ze moeten een uitzonderlijke thermische weerstand bieden – wanneer ze samengedrukt zijn – bij temperaturen van 1000°C of hoger. Materialen zoals metalen en micaplaten presteren thermisch goed, maar zijn beperkt als het gaat om het absorberen van mechanische energie.

Aerogel is een van de weinige materialen die in beide categorieën goed kan presteren. Decennia lang stond aerogel bekend als de lichtste vaste en best presterende isolator ter wereld, maar het was een uitdaging om op schaal te maken en te kwetsbaar voor praktische toepassingen. Aspen Aerogels werkte samen met NASA om de eerste flexibele aerogeldeken te ontwikkelen en op de markt te brengen. Na meer dan 20 jaar bewezen succes als thermische isolatie, akoestische isolatie en passieve brandbeveiliging in industriële toepassingen, Aspen ontworpen PyroThin, een ultradunne, lichtgewicht thermische barrière voor EV-toepassingen. PyroThin thermische barrières kunnen de mechanische functie van een compressiekussen en de thermische rol van een brandbarrière vervullen.

Wereldwijde auto-OEM's kiezen PyroThin als onderdeel van hun strategie voor het beperken van thermische voortplanting omdat PyroThin...

Bestand tegen temperaturen tot 1400°C

Aspen Aerogels ontwikkeld PyroThin met dien verstande dat er geen one-size-fits-all oplossing bestaat voor de cel-tot-celbarrière. Verschillende celchemieën branden bij verschillende temperaturen, en ze branden heet. PyroThin thermische barrières zijn een afstembaar platform waar de aerogelchemie en vezelversterking kunnen worden aangepast aan de vereisten van een toepassing.

Fungeert als een veerkrachtig en veerkrachtig compressiekussen

PyroThin maakt gebruik van de nanoporositeit van silica aerogel om toonaangevende thermische en mechanische prestaties te leveren in een lichtgewicht formaat. Tijdens het uithardingsproces van de aerogel worden lange silica-polymeerketens gevormd, die samen fungeren als miljarden elastische nanoveren. Een flexibele aerogeldeken heeft poriën die 10,000x kleiner zijn dan welk ander isolatiemateriaal dan ook. Bij deze omvang verandert de natuurkunde volledig. PyroThin heeft een thermische geleidbaarheid die lager is dan die van stilstaande lucht, dus wanneer het wordt gecomprimeerd, verbetert de thermische geleidbaarheid feitelijk.

Thermische weerstand, zelfs bij compressie

Aerogel heeft de laagste thermische geleidbaarheid van alle materialen op aarde. In tegenstelling tot traditionele isolatiematerialen is aerogel niet afhankelijk van ingesloten lucht. Wanneer PyroThin wordt gecomprimeerd, wordt de lucht met een lagere of slechtere thermische geleidbaarheid dan aerogel eruit geperst. Dit betekent dunnere cel-tot-celbarrières, meer cellen binnen modules, lichtere pakketten en een groter bereik.

PyroThin Geavanceerde thermische barrières beloven een toekomst die zich niet voortplant

Naast auto-OEM's die onderworpen zijn PyroThin Voor tests in de echte wereld heeft Aspen Aerogels een reeks minimoduletests ontwikkeld. Twee cellen – een triggercel en een aangrenzende cel – hebben a PyroThin thermische barrière tussen hen om te zien of het thermische voortplanting van de ene cel naar de andere kan voorkomen.

In de bovenstaande testopstelling worden twee prismatische cellen van 62 Ah (CATL) in een mal samengedrukt om de druk op het celoppervlak te behouden. Aspen ontwerpt thermische voortplantingstests voor drukken aan het einde van de levensduur (EOL), dus de 2.35 mm PyroThin had een spanning van ongeveer 50%. Een verwarmingskussen van 160 W zorgt ervoor dat de cel oververhit raakt.

Interessant genoeg daalt de druk wanneer de cel ontlucht PyroThin kan enigszins uitzetten tussen de cellen. In de loop van 30 minuten bereikt de aangrenzende cel na 130 minuten een piektemperatuur van 5°C, maar raakt niet in thermische uitschakeling. Het is belangrijk op te merken dat deze minimoduleconfiguratie de geleidende paden isoleert van secundaire paden in een daadwerkelijke pakketconfiguratie. Uit deze tests blijkt echter dat thermische uitschakeling op cel-tot-celniveau kan worden gestopt. Ingenieurs kunnen nu hun aandacht verleggen naar de andere mechanismen en hoe ze deze kunnen isoleren, en uiteindelijk toewerken naar een niet-propagerend ontwerp.

PyroThin thermische barrières zijn een bewezen oplossing, zowel in laboratoriumomgevingen als onderweg. Aspen Aerogels werd uitgeroepen tot winnaar van de Overdrive Award voor Launch Excellence, als onderdeel van de 30e Supplier of the Year Award van General Motors. PyroThinDe technologie van Aspen en de flexibele technische ondersteuning van Aspen speelden een cruciale rol in de thermische voortplantingsstrategie van GM voor hun Ultium-batterijplatform.