Aerogel vs Mica : quel est le meilleur pour la protection thermique des batteries de véhicules électriques ?

Choisir la mauvaise barrière thermique peut permettre à la chaleur d’une cellule lithium-ion défaillante d’atteindre plus rapidement les cellules adjacentes, augmentant ainsi le risque de propagation thermique d’une cellule à l’autre.

L'aérogel est généralement meilleur lorsque la priorité de conception est une isolation thermique maximale dans une couche fine et légère, tandis que le mica est plus résistant lorsque l'isolation électrique, la stabilité structurelle et la performance de la barrière à haute température sont les priorités. Pour de nombreuses batteries de véhicules électriques, la meilleure solution ne consiste pas à choisir un seul matériau de manière universelle, mais à utiliser chacun d’eux là où ses propriétés résolvent un risque thermique et électrique spécifique.

Quelle est la principale différence entre l'aérogel et le mica ?

Traiter l'aérogel et le mica comme des matériaux isolants interchangeables peut entraîner une épaisseur, un poids, un coût inutiles ou une protection inadéquate aux endroits critiques à l'intérieur de la batterie.

Sélectionnez l'aérogel principalement pour l'isolation thermique et le mica principalement pour les applications de barrières thermoélectriques robustes. La structure hautement poreuse de l'Aerogel supprime le transfert de chaleur de manière extrêmement efficace, tandis que le mica offre d'excellentes propriétés diélectriques et reste dimensionnellement stable à des températures extrêmes.

La distinction devient particulièrement importante lors d’un emballement thermique. UL Solutions note que les événements thermiques des batteries de véhicules électriques peuvent impliquer des températures, des flammes, une pression et des particules éjectées extrêmement élevées, ce qui signifie que la sélection des matériaux doit prendre en compte plus qu'une seule valeur de conductivité thermique.^[1]

L'aérogel est-il meilleur pour la protection contre l'emballement thermique de cellule à cellule ?

Sans une isolation suffisante entre des cellules serrées, la chaleur dégagée par une cellule défaillante peut rapidement être transférée aux cellules voisines et contribuer à sa propagation à travers le module.

Les barrières à base d'aérogel sont particulièrement intéressantes lorsque les ingénieurs ont besoin d'une forte résistance thermique avec une épaisseur et un poids minimes. Leur structure poreuse limite la conduction thermique solide et gazeuse, permettant ainsi à des barrières relativement minces de ralentir le transfert thermique entre les surfaces voisines.

Cela rend l'aérogel particulièrement pertinent pour les barrières de cellule à cellule dans les modules à haute densité énergétique , où chaque millimètre d'espace d'emballage compte.

Quand le mica est-il meilleur que l’aérogel ?

L'isolation thermique à elle seule peut ne pas suffire autour des jeux de barres, des connexions haute tension, des couvercles de modules et d'autres endroits où l'isolation électrique et la stabilité mécanique sont tout aussi importantes.

Le mica constitue souvent le meilleur choix lorsque le composant doit fournir à la fois une barrière haute température et une isolation diélectrique fiable. Il peut être transformé en feuilles et en pièces découpées sur mesure pour les structures de modules, de jeux de barres, de boîtiers et d'isolation haute tension.

Cela rend le mica particulièrement utile à proximité des jeux de barres HT, des connecteurs, des interfaces électriques, des limites des modules et des zones de protection au niveau du pack.

Aérogel vs Mica : quel matériau est le plus performant ?

La sélection de matériaux à partir d'une seule spécification telle que la température maximale peut masquer des différences importantes en termes de conductivité thermique, de comportement en compression, de performances diélectriques, d'épaisseur et de durabilité mécanique.

Comparez les matériaux en fonction de leur fonction réelle à l'intérieur de la batterie plutôt que de chercher un gagnant universel. Un séparateur de cellules a des exigences très différentes de celles d'une barrière de jeu de barres HT ou d'un composant d'isolation de boîtier.

L'aérogel et le mica peuvent-ils être utilisés ensemble ?

Forcer un matériau isolant à remplir toutes les fonctions thermiques, électriques et mécaniques peut créer une batterie inefficace et augmenter le coût du matériau sans améliorer la sécurité.

Une architecture d'isolation hybride peut utiliser de l'aérogel à proximité des cellules et du mica autour des zones exigeantes électriquement ou mécaniquement. Cela permet aux ingénieurs d'utiliser l'aérogel là où la résistance thermique par unité d'épaisseur compte le plus et le mica là où les performances des barrières diélectriques et structurelles deviennent critiques.

Par exemple, un module de batterie peut utiliser un composite d'aérogel entre les cellules tout en utilisant des composants en mica découpés autour des barres omnibus, des connexions haute tension, des couvercles de modules ou des interfaces de boîtier.

Comment les ingénieurs devraient-ils choisir entre l’aérogel et le mica ?

Choisir une barrière thermique avant de comprendre la chimie de la cellule, le comportement de propagation, l'espace disponible, la charge de compression, la tension et les composants environnants peut entraîner une refonte coûteuse après les tests du module.

Définissez d’abord le scénario de défaillance, puis sélectionnez le matériau et l’épaisseur en fonction des performances thermiques, électriques et mécaniques requises. Les pièces prototypes doivent finalement être validées au niveau des cellules, des modules et des packs concernés.

UL Solutions effectue des tests de propagation thermique des batteries de véhicules électriques, depuis la cellule jusqu'au niveau du pack, et évalue l'efficacité des barrières anti-propagation et des matériaux isolants.^[2] SAE J2464 traite également des tests abusifs des batteries de véhicules électriques et hybrides dans des conditions dépassant leur plage de fonctionnement normale.^[3]

Besoin de pièces personnalisées en aérogel ou en mica pour un projet de batterie EV ?

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FAQ

L'aérogel est-il meilleur que le mica pour les batteries EV ?

Pas universellement. L'aérogel est généralement plus résistant pour une isolation thermique à haute efficacité, tandis que le mica est particulièrement précieux lorsqu'une isolation électrique et des performances de barrière thermique structurelle sont également requises.

Où l’aérogel est-il utilisé dans une batterie de VE ?

Les composites aérogels sont généralement envisagés pour les emplacements à barrière thermique étroite, comme entre les cellules de batterie ou autour des modules , où limiter le transfert de chaleur est essentiel.

Où le mica est-il utilisé dans les batteries des véhicules électriques ?

Les composants en mica peuvent être utilisés autour des modules, des jeux de barres, des connexions haute tension, des couvercles de batterie et des interfaces de boîtier nécessitant une isolation thermique et électrique.

Le mica peut-il arrêter l’emballement thermique de la batterie ?

Le mica n’empêche pas l’emballement thermique électrochimique qui se produit à l’intérieur d’une cellule défaillante. Il peut faire partie d'un système de barrière conçu pour retarder la propagation de la chaleur et des flammes vers les composants environnants.

L'aérogel peut-il empêcher complètement la propagation de l'emballement thermique ?

Aucun matériau ne doit être supposé empêcher complètement la propagation sans validation au niveau du système. Les performances de la barrière dépendent de la construction du matériau, de l'épaisseur, de la chimie des cellules, de l'espacement, de la compression, du flux thermique, de la ventilation et de l'architecture du pack.

Perspectives sur 15 ans en matière de faisceaux de câbles automobiles

Après 15 ans de travail avec des faisceaux de câbles automobiles et des systèmes électriques pour véhicules électriques, je considère l'isolation des batteries comme faisant partie de l'architecture haute tension complète et non comme une décision matérielle isolée. L'aérogel peut contrôler le transfert de chaleur autour des cellules, tandis que le mica peut fournir une séparation thermique et électrique robuste autour des jeux de barres, des connecteurs HT et des interfaces de câblage.

Le meilleur matériau n’est donc pas simplement l’aérogel ou le mica. C'est le matériau, l'épaisseur, la géométrie et l'emplacement qui correspondent correctement au mode de défaillance réel de la batterie.

Références faisant autorité

[1] Solutions UL — Évaluation de l'emballement thermique des boîtiers de batterie (BETR)

[2] Solutions UL — Tests d'abus, d'incendie, thermiques et de performances des batteries de véhicules électriques

[3] SAE International — Test d'abus de batterie de véhicule électrique J2464