1 つの EV バッテリー セルが熱暴走に陥ると、熱が隣接するセルに広がり、局所的な故障がモジュール レベルの火災につながる可能性があります。
最も効果的な受動的な解決策は、隣接するセルまたは他の重要な熱伝達経路の間に検証済みのエアロゲル断熱パッドを配置することです。 エアロゲルは、比較的薄い厚さで高い熱抵抗を提供するため、コンパクトでエネルギー密度の高い EV バッテリー モジュールにとって魅力的です。
断熱性能に関連する高多孔質構造を示すシリカ エアロゲルのサンプル。画像出典: NASAの科学[1].
セル間の効果的な熱障壁がないと、故障したパウチまたは角形セルからの熱が隣接するセルに十分な速さで到達し、熱暴走伝播を引き起こす可能性があります。
隣接するセルの間にエアロゲル パッドを取り付けると、熱抵抗が増加し、伝導熱伝達が遅くなります。 これにより、モジュールは、構造的分離、通気、冷却、電気的保護、およびバッテリー管理戦略を通じてイベントを制御するためのより多くの時間を得ることができます。
ニッケルリッチのリチウムイオン電池モジュールに関する査読済みの2023年の研究では、 0.020 W/(m・K)と測定されました。 テストされたシリカエアロゲルシートの熱伝導率が室温で約研究者らは、エアロゲルを十分に層化することで、特定のパウチセルモジュール構成での熱暴走伝播を抑制できることを発見しました。[2]
バッテリーエンジニアは常にミリメートルを争うため、エアロゲルは貴重です。 従来の厚いバリアでは、使用可能なパックの体積が減少する可能性がありますが、薄い高性能の熱バリアは、隣接するセルを暴走イベントに直接さらすことなくエネルギー密度を維持するのに役立ちます。
断熱材が熱を数秒間遅らせるだけで、隣接するセルを臨界温度以下に保つことができない場合、モジュール全体で熱暴走が続く可能性があります。
正しい目標は、単にエアロゲルを使用することではなく、実際のセルの化学的性質、充電状態、圧縮、およびモジュールの形状に対して十分に検証された熱抵抗を使用することです。 エアロゲルは、完全な熱伝播制御システムの一部として扱う必要があります。
2025年の Journal of Energy Storageの 研究では、三元パウチセルの間に機械的に強化されたシリカエアロゲルフェルトをテストしました。そのテスト構成では、 2 mm のエアロゲル フェルトは熱暴走伝達の防止に成功しましたが、1 mm のサンプルは伝播を遅らせましたが、テスト条件下では防止できませんでした。[3]
これは ありません。 、すべての EV バッテリーに 2 mm のパッドが必要であるという意味ではこれは、エンジニアが一般的なチャートだけからエアロゲルの厚さを決して選択すべきではない理由を示しています。セルが異なれば、熱暴走中に放出する熱の量も大きく異なります。
ULソリューションズはEVバッテリーの熱伝播をセル、モジュール、パックレベルで評価し、特に伝播防止バリアと絶縁材料の有効性を考慮しています。このテスト手法は重要な工学原則を反映しています。つまり、 材料データだけではバッテリー パックの安全性を証明できないということです。[4]
熱伝導率と価格だけを重視してエアロゲル パッドを購入すると、圧縮不良、不十分な熱保護、寸法の不安定性、または後期のバッテリー検証の失敗が発生する可能性があります。
正しい解決策は、厚さ、熱抵抗、圧縮挙動、誘電性能、寸法公差、耐久性、および統合要件を一緒に指定することです。 最終的なパッドは、室温だけでなく実際のバッテリー モジュール条件下で検証する必要があります。
設計要件 |
エンジニアが確認すべきこと |
主なリスク |
|---|---|---|
熱性能 |
予想される温度と圧縮下での熱抵抗 |
隣接するセルの加熱が早すぎる |
パッドの厚さ |
モジュールレベルの熱伝播性能 |
薄すぎて保護できない、または厚すぎてパックスペースに入れられない |
圧縮動作 |
細胞の膨張、圧縮永久歪み、疲労、寸法回復 |
セル圧力または熱性能の変化 |
電気絶縁 |
必要に応じて絶縁耐力と絶縁抵抗 |
漏電または短絡経路 |
車両の耐久性 |
振動、湿度、熱サイクル、液体、摩耗、粒子の脱落 |
車の寿命による性能の低下 |
SAE J2464 は、セル、モジュール、パックレベルでの電気自動車およびハイブリッド自動車の充電式エネルギー貯蔵システムの乱用テストに関するガイダンスを提供します。これにより、材料の仕様だけに依存するのではなく、通常の動作範囲外の条件下でバッテリーシステムの動作を評価する必要性が強化されます。[5]
また、エアロゲルは、通気設計、冷却、溶断、電流遮断、BMS モニタリング、構造保護、または高電圧絶縁を置き換えることはできません。 熱暴走は、セル表面、バスバー、冷却プレート、モジュールフレーム、高温ガス、火炎、および導電体を介してエネルギーを伝達する可能性があります。
EV バッテリー モジュール用のエアロゲル絶縁パッドのサンプルが必要ですか?
予備的な材料と構造のレビューのために、セルの化学的性質、セルの寸法、利用可能なギャップ、ターゲットの厚さ、圧縮要件、モジュールの図面、熱暴走検証のターゲット、および年間容量を送信します。
モジュールテストを行わずに一般的なエアロゲル仕様を使用すると、誤った安全感が生じ、熱伝播テスト後に費用のかかる再設計が発生する可能性があります。
これらの回答をエンジニアリングの出発点として使用し、実際のバッテリー モジュールの最終的な絶縁構造を検証します。
エアロゲル パッドはセル間の熱抵抗を増加させ、故障したセルからの熱伝達を遅くし、セル間の熱暴走伝播のリスクを軽減します。
いいえ、エアロゲルはすべてのセルの故障を防ぐことはできません。適切に設計されたバリアは、検証済みモジュール内の伝播を停止または遅延させるのに役立ちますが、バッテリーの安全性は依然として冷却、通気、電気的保護、構造、センサー、および制御戦略に依存します。
普遍的な厚さはありません。正しい値は、セルの化学的性質、エネルギー、充電状態、間隔、圧縮、暴走の重大度、利用可能なパッケージのスペース、および必要な伝播テストによって異なります。
すべてのアプリケーションにあるわけではありません。エアロゲルは限られたスペースで高い耐熱性を発揮するのが魅力ですが、マイカは強力な電気絶縁性と構造的安定性を提供できます。一部の EV バッテリー設計では、複数の材料を組み合わせて、熱保護と誘電保護の両方を実現しています。
完全な材料構造によっては可能です。エンジニアは、すべてのエアロゲル パッドが同じ電気絶縁性を提供すると仮定するのではなく、実際の絶縁耐力、表面層、エッジの状態、厚さ、湿気への曝露、および動作電圧を検証する必要があります。
15 年間の自動車用ワイヤー ハーネスと EV の電気統合の経験に基づいて、エアロゲル パッドをバッテリー セル、バスバー、高電圧ハーネス、温度センサー、冷却プレート、コネクタ、ヒューズ システム、エンクロージャと一緒に評価することをお勧めします。 熱暴走は 1 つの経路だけをたどるわけではないため、最も安全なバッテリー モジュールは、完全な電気、熱、機械システムとして検証されたものです。
エアロゲル断熱パッドのサンプル、バッテリーの断熱層のレビュー、プロトタイプの評価、またはカスタム EV 断熱プロジェクトの場合は、材料仕様を凍結する前にモジュールの図面と技術要件を提供してください。
[2]プロセスの安全性と環境保護 ― シリカエアロゲルシートによる熱暴走伝播の抑制
[3]Journal of Energy Storage — 熱暴走伝播を抑制するための機械強化シリカ エアロゲル
[4]UL ソリューション — EV バッテリーの乱用、火災および熱伝播試験
[5]SAE International — SAE J2464 RESS の安全性および乱用テスト
