Où faut-il placer les barrières thermiques à l’intérieur d’une batterie de VE ?

L’utilisation d’une excellente isolation au mauvais endroit peut quand même permettre à la chaleur, aux flammes ou aux gaz de ventilation de contourner la barrière et de se propager à travers la batterie.

L'isolation de la batterie doit être placée selon le chemin de propagation attendu. Les barrières de cellule à cellule ciblent la cellule voisine la plus proche, les barrières de module à module créent un deuxième niveau de séparation, tandis que les matériaux au niveau du pack protègent les capots, les boîtiers et les zones électriques sensibles.

Une stratégie robuste de prévention de la propagation thermique utilise donc la localisation des matériaux avec autant de soin que leurs performances. L’objectif n’est pas de remplir la batterie d’isolant, mais d’interrompre les chemins thermiques et électriques les plus importants.

Où faut-il installer des barrières de cellule à cellule ?

Si les cellules adjacentes ont un chemin thermique direct, une cellule défaillante peut rapidement transférer de l'énergie à sa voisine.

Placez des barrières de cellule à cellule aux interfaces où les cellules voisines peuvent échanger la chaleur la plus dommageable. Pour les architectures prismatiques et en poche, la barrière peut également devoir s'adapter au gonflement et à la compression des cellules tout au long de la durée de vie de la batterie.

Aspen Aerogels décrit ses produits PyroThin spécifiquement comme des barrières thermiques de cellule à cellule pour les batteries à poche et prismatiques, combinant protection thermique et comportement mécanique sous compression de la batterie.^[1]

Où doivent aller les barrières module à module ?

L'arrêt de la conduction directe de cellule à cellule ne garantit pas qu'un événement thermique ne puisse pas atteindre un autre module à travers des pièces structurelles, des gaz d'évacuation ou des flammes.

Utilisez la séparation au niveau du module pour interrompre le chemin de propagation suivant. La géométrie de la barrière doit tenir compte des parois des modules, des espaces, des interfaces structurelles et de la direction probable de l'évent plutôt que de simplement placer une feuille entre deux boîtiers de modules.

Saint-Gobain identifie des coussinets anti-emballement thermique pour le rembourrage des cellules et les emplacements entre les modules, illustrant ainsi comment la stratégie de barrière peut s'étendre au-delà des cellules individuelles.^[2]

Le couvercle de la batterie nécessite-t-il une isolation thermique ?

Une stratégie de barrière ciblée uniquement entre les cellules peut laisser le couvercle du pack exposé aux flammes des jets, aux gaz chauds et aux particules éjectées.

Évaluez le couvercle du pack et le boîtier en tant que zones de protection distinctes contre l'emballement thermique. UL Solutions note que l'emballement thermique de la batterie peut produire une flamme semblable à un jet, une pression et des particules capables d'éroder le matériau du boîtier de protection.^[3]

C'est pourquoi l'isolation cellule à cellule et la protection du boîtier ne doivent pas être considérées comme interchangeables. L'exposition thermique et mécanique peut être très différente.

Comment les ingénieurs devraient-ils décider de l’emplacement des barrières ?

L’ajout d’isolant partout peut augmenter le poids, le coût et la compression sans contrôler le mécanisme de propagation dominant.

Cartographiez l'événement thermique avant de définir les pièces découpées. Identifiez la cellule d'initiation, les cellules voisines, la direction de l'évent, les limites des modules, les barres omnibus, les structures de refroidissement, le couvercle du pack et les chemins potentiels de flamme ou de gaz.

L'épaisseur et le matériau de la barrière peuvent alors être optimisés pour chaque emplacement plutôt que de forcer une seule feuille isolante à remplir chaque fonction.

Besoin d'aide pour transformer une configuration de batterie en pièces d'isolation découpées ?

Envoyez à Fuqiang votre disposition des cellules, le dessin du module, les espaces disponibles, la direction de l'évent et les exigences d'isolation. Notre équipe d'ingénierie peut examiner les emplacements des barrières de cellule à cellule, au niveau du module et au niveau du pack et préparer des échantillons pour la validation.

FAQ

Où doit se situer l’isolation entre les cellules de la batterie ?

Il doit être positionné aux interfaces des cellules où il peut réduire le transfert de chaleur vers les cellules adjacentes tout en s'adaptant à la compression et au mouvement des cellules requis.

Qu'est-ce qu'une barrière thermique de cellule à cellule ?

Il s'agit d'un matériau placé entre des cellules voisines pour réduire le transfert de chaleur et empêcher qu'un événement thermique dans une cellule ne déclenche la suivante.

Qu'est-ce qu'une barrière module à module ?

Il s'agit d'une protection thermique ou incendie positionnée entre les modules de batterie pour contribuer à limiter la propagation au-delà du module concerné.

L’isolation de la batterie EV doit-elle couvrir l’ensemble du pack ?

Pas nécessairement. L'emplacement de la barrière doit respecter les risques thermiques, de flammes, électriques et de ventilation. L’ajout de matériau là où il offre peu de protection peut inutilement augmenter la masse et le coût.

L’isolation cellule à cellule est-elle suffisante pour stopper la propagation thermique ?

Pas toujours. La conception du pack doit également prendre en compte les gaz d'évacuation, les flammes, la conduction structurelle, les limites des modules et la protection de l'enceinte.

Une perspective de 15 ans sur les faisceaux de câbles automobiles et les batteries de véhicules électriques

Après 15 ans de travail dans le domaine des systèmes électriques automobiles, j'aborde l'isolation des batteries de la même manière que la protection des faisceaux : placer la protection là où l'énergie de panne circule réellement. Un placement correct peut être aussi important que la conductivité thermique ou la capacité de température imprimée sur la fiche technique du matériau.

Références faisant autorité

[1] Aspen Aerogels — Barrières thermiques de cellule à cellule pour les batteries de véhicules électriques

[2] Saint-Gobain — Coussins d'emballement thermique pour cellules et modules série TRP

[3] Solutions UL — Évaluation de l'emballement thermique des boîtiers de batterie