EV バッテリーの熱暴走バリアを最高温度だけで選択すると、パックがセル間の伝播、火炎噴流、粒子の浸食、または電気的故障に対して脆弱になる可能性があります。
適切な材料は、バリアが設置される場所と、通常のバッテリー動作時と熱事象の両方でバリアが何を行う必要があるかによって異なります。 エアロゲルはセル間の熱抵抗が薄いという点で特に魅力的であり、マイカは堅牢な電気絶縁と高温絶縁を提供し、セラミック複合材料はモジュールおよびパックレベルのアプリケーションで強力な防火および熱保護を提供できます。
したがって、において、普遍的な勝者は存在しません エアロゲルとマイカの比較 。バッテリーエンジニアは、材料を選択する前に、まず熱暴露、厚さ、圧縮、誘電要件、設置場所を定義する必要があります。
熱伝導率のみを考慮してある材料を別の材料に置き換えることで、パッケージング、圧縮、または電気絶縁の問題が発生する一方で、1 つの問題を解決できます。
材質名ではなく機能別に材質を比較します。 エアロゲルは、薄いセル間の空間で高い熱抵抗を提供できます。マイカは電気絶縁および耐火障壁に広く適しています。セラミックベースの複合材料は、厳しい熱暴露や構造バリア性能が重要となる場合に魅力的になります。
材料 |
強力なアプリケーション |
チェックすべき設計上の問題 |
|---|---|---|
エアロゲル |
細胞間の熱障壁 |
圧縮、厚さ、一体化 |
雲母 |
電気絶縁および高温絶縁 |
成形性、エッジおよび取り付け形状 |
セラミック複合材 |
防火および熱保護 |
厚み、柔軟性、製法 |
狭いセルギャップに過剰な熱を伝導するバリアを使用すると、故障したセルが隣接するセルを伝播に寄与するほどの速さで加熱する可能性があります。
エアロゲルは、高い熱抵抗が薄いセル間の空間に適合する必要がある場合に特に興味深いものになります。 市販の EV エアロゲル バリアは、圧縮動作を中心に設計することもできるため、パッドは異常な熱事象時だけでなく通常の細胞膨張時にも機能します。[1]
Aspen Aerogels は、約 50% のひずみで 2.35 mm の PyroThin バリアを備えた 2 つの 62 Ah 角形セルを使用したミニモジュールの例を報告しました。この特定のテストでは、隣接するセルが熱暴走に陥ることはありませんでしたが、アスペンは、このセットアップにより完全なパックに見られるいくつかの二次伝播経路が分離されたと明示的に指摘しています。[2]
この結果は、普遍的な「2.35 mm エアロゲル ルール」に変換されるべきではありません。 セルの化学的性質、エネルギー、間隔、圧縮、伝播メカニズムはバッテリーの設計によって異なります。
あらゆる場所で柔らかいセル圧縮材料を使用すると、バスバー、モジュール境界、またはパックカバーに必要な電気的または構造的バリアがなくなる可能性があります。
設計で高温電気絶縁、耐火性、またはより構造的に安定したバリアが必要な場合は、マイカまたはセラミック複合材料を使用します。 マイカは、HV 導体、バスバー、モジュール構造、およびパックレベルの絶縁の周囲で特に役立ちます。
セラミック化可能なシリコーン複合材料は、別の手段を提供します。たとえば、Saint-Gobain は、セル間の熱暴走パッドとパック保護用のセラミック化可能なシリコーン製品をリストしており、セラミック形成システムが組み立て時の柔軟性と、厳しい熱にさらされたときの保護バリアを組み合わせることができることを実証しています。[3]
最も優れた温度表示を持つ材料を購入しても、バッテリー パックが熱伝播に耐えることを証明するものではありません。
実際の故障リスクを定義し、完成した構造を検証します。 セルの化学的性質、バリアの位置、利用可能な厚さ、圧縮、誘電性能、火炎への曝露、粒子の影響、および隣接する材料を考慮します。
UL Solutions は、熱暴走イベントには、高温、高圧、ジェット状の炎、および保護材を侵食する可能性のある噴出粒子が含まれる可能性があると指摘しています。 UL 2596 試験は、これらの複合的な危険に対して材料の性能をスクリーニングするために開発されました。[4]
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普遍的ではありません。エアロゲルは、薄いセル間の熱障壁に特に役立ちますが、マイカは、電気絶縁、構造安定性、および高温保護が優先される場合に有利です。
用途に応じて、エアロゲルバリア、セラミック化可能なシリコーン複合材料、その他のセラミックベースの断熱システムなどの代替品が考えられます。代替品は厚さだけではなく機能によって選択する必要があります。
障壁は、開始セル内の電気化学的故障を阻止しません。その役割は、熱やその他の伝播経路を減らし、隣接するセルが熱暴走に陥る可能性を低くすることです。
普遍的な最良の素材はありません。セルの化学的性質、利用可能なギャップ、圧縮、熱曝露、およびパックの構造によって、適切なバリアが決まります。
はい。エンジニアリング要件がハイブリッド材料戦略を正当化する場合、パックはセルとマイカの間にエアロゲルを使用したり、モジュール、バスバー、またはエンクロージャの場所に他の高温断熱材を使用したりできます。
15 年間にわたる自動車用ワイヤーハーネスと EV 絶縁の展望
自動車のワイヤー ハーネスと EV の電気絶縁に 15 年間取り組んだ結果、ことを学びました。 熱暴走保護は材料の評判ではなく、場所と故障モードに基づいて設計する必要がある 最も強力なバッテリー パックでは、多くの場合、セル レベルの熱抵抗、HV 電気絶縁、およびパック レベルの防火のために異なる材料が使用されます。
[1] アスペン エアロゲル — PyroThin 細胞間熱暴走バリア
