EVバッテリーエアロゲル絶縁パッドとは何ですか?遮熱ガイド

EV バッテリーセルが適切な断熱層なしで密に詰め込まれている場合、1 つのセルが過熱すると隣接するセルに熱が伝わり、熱伝播が引き起こされ、バッテリーパックが損傷し、重大な火災安全上のリスクが生じる可能性があります。

最も効果的な解決策は、 EV バッテリーのエアロゲル絶縁パッドを セル、モジュール、バスバー ゾーン、またはパックレベルのホット スポットの間に配置して、熱伝達を遅らせ、圧縮応力を吸収し、熱暴走の伝播を制御することです。

EV バッテリーのエアロゲル断熱パッドは、リチウムイオン バッテリー パックの内部で使用される超軽量の断熱材です。これらは、エネルギー密度、安全性、アセンブリの信頼性が 1 ミリメートル単位で影響を受ける高密度 EV パックで特に価値があります。

画像出典: Aspen Aerogels PyroThin 遮熱エンジニアリング リソース。^[1]

EVバッテリーエアロゲル絶縁パッドとは何ですか?

「エアロゲル パッド」という用語が通常の発泡体またはスポンジ断熱材として扱われる場合、バッテリー パックは熱伝達、圧縮変化、熱暴走伝播に対する重要な保護を失う可能性があります。

正解は、EV バッテリーのエアロゲル断熱パッドは、エアロゲルベースの素材で作られ、リチウムイオン電池、モジュール、またはパックを保護するために設計された薄くて軽量な断熱材であるということです。

Aspen Aerogels は、PyroThin について、セル間、モジュール、パックバリア レベルでの熱暴走を軽減するように設計された超薄型軽量断熱材および防火バリアであると説明しています。^[1] 実際のバッテリー設計では、これらのパッドは熱を遅らせたり、ブロックしたり、方向を変えたりする必要がある場所に配置されます。

EV バッテリー パックにエアロゲル パッドが使用されるのはなぜですか?

高エネルギーのバッテリー パックが液体冷却と BMS モニタリングのみに依存している場合、障害は検出できても、セルが熱暴走に陥ったときに熱伝達を物理的に遅らせることができない可能性があります。

より良い解決策は、アクティブな熱管理とパッシブなエアロゲル断熱パッドを組み合わせることです。これにより、パックは監視制御と物理的な伝播抵抗の両方を備えます。

熱暴走は温度だけの問題ではありません。それは連鎖反応の問題です。優れたエアロゲル パッドは、開始セルから近くのセルへの熱伝導を低減することで、バッテリー パックの動作時間を長くします。

間違い: 冷却プレートだけであらゆる熱現象を停止できると想定しています。 正解: 冷却、通気、センサー、BMS ロジック、エアロゲル バリアを組み合わせて使用​​します。

エアロゲル断熱パッドはどのようにして熱伝達を阻止するのでしょうか?

バッテリースタック内での熱の移動が速すぎると、BMS、冷却プレート、または通気経路が現象を制御する前に、隣接するセルが危険な温度に達する可能性があります。

直接的な解決策は、エアロゲルのナノ多孔質構造を使用してガスの移動を制限し、断熱層を通る伝導熱伝達を低減することです。

NASAは、エアロゲルは非常に多孔質で、密度が非常に低く、細孔がナノメートル範囲にあるため、熱伝達を防ぐのに非常に効果的であると説明しています。^[2] このため、エアロゲルは、薄い断熱材が通常のポリマーフォームよりも優れた性能を発揮する必要がある場合に価値があります。

画像出典: NASA エアロゲル断熱材研究。^[2]

EVバッテリーシリーズ-エアロゲル絶縁パッドの「シリーズ」とは何を意味しますか?

「シリーズ」を特殊な電気部品と誤解すると、バッテリーパック内の間違った場所に間違ったパッドが選択される可能性があります。

正しい解釈は、「EV バッテリー直列エアロゲル絶縁パッド」とは、通常、直列接続されたバッテリー セルまたはモジュール配置全体で使用されるエアロゲル パッドを指し、直列電流を伝導するパッドを指すものではありません。

EV パックには、目標の電圧と容量を達成するために直列および並列に接続されたセルが含まれています。エアロゲル パッドは通常、セルの直列パス、モジュール スタック、またはパックのバリア構造の近くに配置される、電流を通さない熱部品および機械部品です。

エアロゲル パッドはマイカ、フォーム、セラミック ファイバーとどう違うのですか?

EV バッテリー パッドを価格や厚さだけで選択すると、パックの熱遮断、圧縮回復、絶縁耐力、重量、組立公差のバランスが崩れる可能性があります。

最良の解決策は、実際の故障モード (熱暴走、セル膨張、振動、電気絶縁、火炎暴露、または目標コスト) ごとにエアロゲル、マイカ、フォーム、およびセラミック ファイバーを比較することです。

エアロゲルは通常、パックに薄くて軽量な形状で強力な断熱性が必要な場合に選択されます。マイカは誘電性と難燃性の性能に優れ、フォームは圧縮と許容誤差の吸収に役立ち、セラミックファイバーは極度の耐熱性が重要な場合に使用されます。

エアロゲル パッドは EV バッテリー モジュールのどこに取り付けられますか?

熱の流れ、通気方向、圧縮荷重、ハーネスの配線を考慮せずにエアロゲル パッドをランダムに配置した場合でも、パックは熱伝播や機械的干渉を受ける可能性があります。

正しい解決策は、熱伝播経路、セルの化学的性質、モジュールスタックの圧力、冷却プレートの位置、高電圧ハーネスのクリアランスに従ってエアロゲルパッドを配置することです。

パウチ型セルや角柱型セルの場合、パッドは通常、大きなセル面の間に配置されます。円筒形セルの場合、エアロゲルは、構造に応じてシート、スリーブ、モジュールバリア、またはパックレベルの隔離層として使用できます。

OEM またはバッテリー パック プロジェクトの場合は、最終的なパッドの選択前に、セルの形式、化学的性質、スタック圧力、モジュールの図面、通気経路、および熱テスト要件を送信してください。少量のサンプルカットにより、工具を使用する前に、フィット感、圧縮、組み立てのリスクを明らかにすることができます。

エアロゲル パッドは自動車のワイヤー ハーネス システムとどのように連携しますか?

高電圧ハーネス、センシングハーネス、またはバスバー絶縁体が熱伝播経路に近すぎると、絶縁体が劣化し、端子が緩み、障害発生時に診断信号が失敗する可能性があります。

より良い解決策は、エアロゲル絶縁パッドを HV 配線、電圧感知線、温度センサー、バスバー カバー、およびパック シーリング戦略とともに設計することです。

バッテリーの安全性は電池の化学的性質だけではありません。これは、セルバリア、高電圧ハーネスの配線、通気チャネル、センサーの配置、接地、シールド、コネクタ保護を含む完全なシステム設計です。

購入者はどのようなパフォーマンス データを確認する必要がありますか?

サプライヤーが厚さと価格だけを提供した場合、購入者はパッドが圧縮、熱暴露、火炎、湿気、振動、またはパックの組み立てストレスに耐えられるかどうかを判断できません。

正しい解決策は、技術データシート、熱伝導率データ、圧縮曲線、絶縁試験結果、難燃性情報、動作温度範囲、および経年劣化データを要求することです。

Aspen Aerogels は、同社のエアロゲル プラットフォームは熱伝導率、厚さ、圧縮応答に関して最適化できると述べています。^[1] これらはまさに、バッテリーエンジニアがパッドを選択する前に検討すべきパラメータです。

EV バッテリーのエアロゲル パッドに関連する規格はどれですか?

バッテリーの安全性検証にリンクせずにエアロゲル パッドを選択した場合、その材料は単体では優れているように見えても、パックレベルの認証や乱用テストをサポートできない可能性があります。

正しい解決策は、パッドの選択を、熱、機械、電気、環境、乱用テスト要件などの EV バッテリーの安全性テストと結び付けることです。

SwRIは、UL 2580試験は、電気的、機械的、熱的、環境的、および安全関連の試験にわたってEVバッテリーの安全性を評価すると説明しています。^[3] SAE J2464 には、電気自動車およびハイブリッド電気自動車の充電式エネルギー貯蔵システムに使用される可能性のある不正使用テストが記載されています。^[4]

間違い: エアロゲル パッド単体が「UL 2580 に合格」するかどうかを尋ねています。 正解: パックの形状、セルの化学的性質、通気、配線、バリアの配置がすべて最終結果に影響するため、完全なバッテリー アセンブリをテストします。

EV バッテリー プロジェクト用のエアロゲル パッドはどのように選択すればよいですか?

パックのレイアウトがすでに固定されている後にパッドを選択すると、エンジニアは厚さが不十分になったり、圧縮が不十分になったり、通気が妨げられたり、ハーネスのクリアランスが安全ではなくなったりする可能性があります。

最善の解決策は、モジュールのレイアウト、高電圧の配線、熱伝播シミュレーションの早い段階でエアロゲル パッドのサプライヤーとワイヤー ハーネスのサプライヤーに協力してもらうことです。

適切な選択プロセスは、セルの形式、化学的性質、エネルギー密度、ターゲットパックの厚さ、圧縮力、冷却プレートの位置、通気方向、および安全性テストのターゲットから始まります。パッドは、ラボのフラット サンプルだけでなく、実際のモジュール スタックでも検証する必要があります。

迅速な評価を行うには、セル サイズ、モジュール図面、ターゲット厚さ、圧縮範囲、最高温度イベント、年間容量を送信してください。小さなダイカットエアロゲルサンプルは、量産ツールの前に適合性を確認するのに役立ちます。

よくある質問

EVバッテリーエアロゲル絶縁パッドとは何ですか?

これらは、EV バッテリー パック内で使用される薄いエアロゲル ベースの遮熱パッドで、熱伝達を低減し、熱伝播を遅らせ、バッテリーの安全設計をサポートします。

EV バッテリーにエアロゲルが使用されるのはなぜですか?

軽量かつ薄い形状で強力な断熱効果を発揮するエアロゲルが使用されています。これにより、バッテリーエンジニアはパックスペースを無駄にせずにセルを保護できます。

エアロゲルパッドは熱暴走を阻止しますか?

エアロゲル パッドはすべてのセルの故障を防ぐものではありません。それらの目的は、パック全体の設計に応じて、故障したセルから近くのセルへの熱の伝播を遅らせたり、阻止したりすることです。

エアロゲル パッドはバッテリー パックのどこに配置されますか?

セル間、モジュール間、バスバーの近く、パックカバーの下、通気路の横、またはパックレベルのバリアゾーンに配置できます。

エアロゲル パッドは電気絶縁性ですか?

多くのエアロゲル バッテリー パッドは電気絶縁性能を考慮して設計されていますが、正確な絶縁耐力は製品の構造と試験方法によって異なります。必ずサプライヤーのデータシートを確認してください。

エアロゲルパッドはマイカシートよりも優れていますか?

彼らはさまざまな問題を解決します。エアロゲルは薄い断熱材に強く、マイカは誘電性と火炎バリア性能に優れています。多くの EV パックでは、両方の材料が異なる層で使用されています。

エアロゲル パッドは圧縮パッドの代わりに使用できますか?

場合によっては、熱機能と圧縮機能の両方をサポートできることもありますが、常にサポートできるわけではありません。セルの膨張、スタック圧力、および長期的な圧縮挙動を検証する必要があります。

専門家のメモ

EV バッテリーのエアロゲル絶縁パッドは、セル間に配置される単なる柔らかいシートではありません。これらは、セルの化学反応、通気、圧縮、冷却、バスバー、センサー、コネクタ、および高電圧ハーネスの配線と連動する必要がある、安全性が重要な熱障壁です。

自動車用ワイヤー ハーネス、EV バッテリー ケーブル アセンブリ、高電圧相互接続、およびカスタム車両電源システムに 15 年間取り組んできた私の現場ルールは単純です。 バッテリーの安全性は 1 つの材料だけで生み出されることは決してありません。それは、すべての材料、ワイヤ、コネクタ、熱経路が連携して機能する方法によって作成されます。 EV バッテリー プロジェクトでエアロゲル絶縁パッド、HV ハーネス保護、バスバー絶縁、またはサンプル段階の遮熱レビューが必要な場合は、製造前にセル レイアウト、電圧クラス、配線パス、検証ターゲットを送信してください。少量のサンプルと初期のエンジニアリング レビューにより、後でさらに大規模なパックレベルの障害が発生することを防ぐことができます。

参考文献

1. Aspen Aerogels、「EV 用 PyroThin 熱暴走バリア」。 アスペン エアロゲル PyroThin

2. NASA、「エアロゲル: より薄く、より軽く、より強力に。」 NASA エアロゲル研究

3. サウスウェスト研究所、「UL 2580 標準バッテリー試験」。 SwRI UL 2580 バッテリーテスト

4. SAE International、「SAE J2464 電気自動車およびハイブリッド電気自動車の充電式エネルギー貯蔵システムの安全性および乱用テスト」。 SAE J2464

5. Aspen Aerogels、「電気自動車の熱暴走緩和」。 アスペン エアロゲル バッテリー断熱層

6. NASA のスピンオフ「エアロゲルはミッションと消費者製品を断熱する」。 NASA スピンオフのエアロゲル アプリケーション