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]
「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。
バッテリーの位置 |
主なリスク |
エアロゲルパッド機能 |
工学的価値 |
|---|---|---|---|
細胞間 |
セル間の熱伝播 |
故障したセルからの熱伝達を遅くします。 |
パックレベルの安全マージンを向上 |
モジュール間 |
モジュール間の延焼 |
遮熱ゾーンを作成します |
封じ込め戦略をサポート |
バスバーまたは相互接続ゾーンの下 |
局所的な熱集中 |
断熱と間隔のサポートを提供します |
ホットスポット転送リスクを軽減 |
パックカバーまたはサイドウォール |
外部の火災または衝撃熱 |
パッシブ熱保護を追加 |
パックの安全アーキテクチャを強化 |
圧縮スタック領域 |
細胞の膨張と圧力変化 |
圧迫パッド設計と併用可能 |
安定した機械的接触を維持します |
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。
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]
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。
ハーネスエリア |
熱リスク |
エアロゲルパッドサポート |
デザインリマインダー |
|---|---|---|---|
HVケーブル出口 |
セルベント時の熱損傷 |
ホットゾーンからの分離を実現 |
耐熱スリーブと適切なグロメットを使用してください |
電圧検知ハーネス |
モジュール加熱中の信号損失 |
近くの低電流配線を保護します |
通気路やバスバーの鋭利な端から遠ざけてください |
温度センサーリード線 |
誤った読み取りまたはワイヤの損傷 |
セル面付近の熱曝露を制御 |
必要なセンサー接点をブロックしないでください |
バスバーカバーゾーン |
アークと熱の集中 |
パッシブ絶縁層を追加します |
沿面距離、空間距離、誘電体設計を維持する |
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。
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。
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。
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。
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。
Aspen Aerogels、「EV 用 PyroThin 熱暴走バリア」。 アスペン エアロゲル PyroThin
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
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
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
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
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
