間違った熱バリアを選択すると、故障した 1 つのリチウムイオン セルからの熱が隣接するセルに早く到達する可能性があり、セル間の熱暴走伝播のリスクが高まります。
一般に、設計上の優先事項が薄くて軽量な層での最大限の断熱性である場合にはエアロゲルの方が優れており、一方、電気絶縁性、構造の安定性、高温バリア性能が優先される場合にはマイカの方が強力です。 多くのEVバッテリーパックにおいて、最良の解決策は、普遍的に1つの材料を選択するのではなく、その特性が特定の熱的および電気的リスクを解決する場合にそれぞれを使用することです。
エアロゲルとマイカを交換可能な絶縁材料として扱うと、不必要な厚さ、重量、コストが発生したり、バッテリー パック内の重要な場所の保護が不十分になったりする可能性があります。
主に断熱用途にはエアロゲルを選択し、主に堅牢な熱電気バリア用途にはマイカを選択してください。 エアロゲルの高多孔質構造は熱伝達を極めて効果的に抑制し、マイカは優れた誘電特性を提供し、過酷な温度下でも寸法安定性を保ちます。
この区別は熱暴走時に特に重要になります。 UL Solutionsは、EVバッテリーの熱事象には非常に高い温度、炎、圧力、放出された粒子が関係する可能性があるため、材料の選択では複数の熱伝導率の値を考慮する必要があると指摘しています。[1]
密集したセル間に十分な断熱がないと、1 つの故障したセルから放出された熱が隣接するセルに急速に伝わり、モジュール全体に熱が伝播する可能性があります。
エアロゲルベースのバリアは、エンジニアが最小限の厚さと重量で強力な耐熱性を必要とする場合に特に魅力的です。 その多孔質構造により固体および気体の熱伝導が制限され、比較的薄い障壁によって隣接する表面間の熱伝達が遅くなります。
このため、エアロゲルは、パッケージング スペースが 1 ミリメートル単位でも重要となる 高エネルギー密度モジュールにおける細胞間の障壁に特に関連します。
バスバー、高電圧接続、モジュール カバー、および電気的絶縁と機械的安定性が同様に重要なその他の場所の周囲では、断熱だけでは十分ではない場合があります。
コンポーネントが高温バリアと信頼性の高い誘電絶縁の両方を提供する必要がある場合、マイカがより強力な選択肢となることがよくあります。 モジュール、バスバー、エンクロージャ、高電圧絶縁構造用のシートやカスタムのダイカット部品に加工できます。
このため、マイカは近くで特に役立ちます。 、HV バスバー、コネクタ、電気インターフェース、モジュール境界、パックレベルの保護領域の
最高温度などの単一の仕様から材料を選択すると、熱伝導率、圧縮挙動、誘電性能、厚さ、機械的耐久性における重要な違いが隠れてしまう可能性があります。
1 つの普遍的な勝者を探すのではなく、バッテリー パック内の実際の機能に基づいて材料を比較します。 セルセパレータには、HV バスバーバリアやエンクロージャ絶縁コンポーネントとはまったく異なる要件があります。
財産 |
エアロゲル |
雲母 |
|---|---|---|
断熱性 |
素晴らしい |
優れた遮熱性 |
電気絶縁 |
施工により異なります |
素晴らしい |
薄い空間の効率 |
素晴らしい |
良い |
機械的安定性 |
複合材の設計に依存 |
高い |
典型的なEVアプリケーション |
バッテリーセル間 |
モジュール、バスバー、HV エリア、エンクロージャ |
1 つの絶縁材料にあらゆる熱的、電気的、機械的機能を強制すると、非効率的なバッテリー パックが作成され、安全性が向上することなく材料コストが増加する可能性があります。
ハイブリッド絶縁アーキテクチャでは、セルの近くにエアロゲルを使用し、電気的または機械的に要求の高い領域の周囲にマイカを使用できます。 これにより、エンジニアは、単位厚さあたりの熱抵抗が最も重要となる場合にはエアロゲルを使用し、誘電体および構造上のバリア性能が重要となる場合にはマイカを使用できるようになります。
たとえば、バッテリーモジュールでは、 セル間にエアロゲル複合材料を使用する場合があります。 使用しながら、 バスバー、高電圧接続、モジュールカバー、またはエンクロージャインターフェイスの周りにダイカットマイカコンポーネントを
セルの化学的性質、伝播挙動、利用可能なギャップ、圧縮荷重、電圧、および周囲のコンポーネントを理解する前に熱バリアを選択すると、モジュールのテスト後に費用のかかる再設計につながる可能性があります。
まず故障シナリオを定義し、次に必要な熱的、電気的、機械的性能に合わせて材料と厚さを選択します。 プロトタイプ部品は、最終的には関連するセル、モジュール、およびパックのレベルで検証される必要があります。
UL Solutions は、EV バッテリーの熱伝播試験をセルからパックレベルまで実施し、伝播防止バリアと絶縁材料の有効性を評価します。[2] SAE J2464 は、通常の動作範囲を超えた条件下での電気自動車およびハイブリッド車のバッテリーの乱用試験にも取り組んでいます。[3]
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Fuqiang は、セル、モジュール、パック、バスバー、コネクタ、高電圧配線レイアウトに応じたカスタム バッテリー絶縁コンポーネントをサポートできます。材料の選択やサンプル評価のために、図面、必要な厚さ、使用温度、電圧、設置場所をお送りください。
普遍的ではありません。 エアロゲルは一般に、高効率の断熱にはより強力ですが、マイカは、電気絶縁および構造的な断熱性能も必要な場合に特に価値があります。
エアロゲル複合材料は、熱伝達を制限することが重要な バッテリーセル間やモジュールの周囲など、熱障壁が厳しい場所での使用が一般的に検討されています 。
マイカ コンポーネントはの周囲で使用できます。 モジュール、バスバー、高電圧接続、バッテリー カバー、エンクロージャ インターフェイス 、熱的および電気的絶縁を必要とする
マイカは、故障したセル内で発生する電気化学的な熱暴走を止めることはできません。ように設計されたバリア システムの一部を形成できます。 周囲のコンポーネントへの熱と火炎の伝播を遅らせる
システムレベルの検証がなければ、いかなる物質も伝播を完全に防止できないと想定すべきではありません。バリア性能は、材料の構造、厚さ、セルの化学的性質、間隔、圧縮、熱流束、通気、およびパックの構造に依存します。
自動車用ワイヤーハーネスの 15 年間の展望
15 年間、自動車のワイヤー ハーネスや EV の電気システムに携わってきた私は、バッテリーの絶縁は個別の材料決定ではなく、完全な高電圧アーキテクチャの一部であると考えています。 エアロゲルはセル周囲の熱伝達を制御でき、マイカはバスバー、HV コネクタ、配線インターフェイスの周囲に堅牢な熱的および電気的分離を提供できます。
したがって、最良の材料は単なるエアロゲルやマイカではありません。バッテリーの実際の故障モードに正確に一致するのは、材料、厚さ、形状、および位置です。
[1] UL ソリューション — バッテリーエンクロージャの熱暴走 (BETR) 評価
