EV 배터리 셀을 적절한 열 차단 장치 없이 촘촘하게 포장하면 하나의 과열 셀이 인접한 셀로 열을 전달하여 열 전파를 유발하고 배터리 팩을 손상시키며 심각한 화재 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
가장 효과적인 솔루션은 셀, 모듈, 부스바 영역 또는 팩 수준 핫스팟 사이에 EV 배터리 에어로겔 절연 패드를 배치하여 열 전달을 늦추고 압축 응력을 흡수하며 열폭주 전파를 제어하는 것입니다.
EV 배터리 에어로겔 절연 패드는 리튬이온 배터리 팩 내부에 사용되는 초경량 열 차단 소재입니다. 이는 밀리미터마다 에너지 밀도, 안전성 및 조립 신뢰성에 영향을 미치는 고밀도 EV 팩에 특히 유용합니다.
이미지 출처: Aspen Aerogels PyroThin 열 장벽 엔지니어링 리소스.[1]
'에어로겔 패드'라는 용어가 일반 폼이나 스폰지 단열재로 취급되면 배터리 팩은 열 전달, 압축 변화 및 열 폭주 전파에 대한 중요한 보호 기능을 상실할 수 있습니다.
정답은 EV 배터리 에어로겔 절연 패드가 에어로겔 기반 재료로 만들어지고 리튬 이온 셀, 모듈 또는 팩 보호를 위해 설계된 얇고 가벼운 열 장벽이라는 것입니다.
Aspen Aerogels는 PyroThin을 셀 간, 모듈 및 팩 배리어 수준에서 열 폭주를 완화하도록 설계된 초박형 경량 단열재 및 방화 장벽이라고 설명합니다.[1] 실제 배터리 설계에서 이러한 패드는 열이 지연, 차단 또는 방향이 바뀌어야 하는 위치에 있습니다.
배터리 위치 |
주요 리스크 |
에어로젤 패드 기능 |
엔지니어링 가치 |
|---|---|---|---|
셀 사이 |
셀 간 열 전파 |
고장난 셀의 열 전달 속도를 늦춥니다. |
팩 수준의 안전 마진을 향상시킵니다. |
모듈 간 |
모듈 간 화재 확산 |
열 차단 구역을 생성합니다. |
봉쇄 전략 지원 |
버스바 또는 상호 연결 구역 아래 |
국지적인 열 집중 |
단열 및 간격 지원 제공 |
핫스팟 전송 위험 감소 |
팩 커버 또는 측벽 |
외부 화재 또는 충격 열 |
수동적 열 보호 기능 추가 |
팩 안전 아키텍처 강화 |
압축 스택 영역 |
세포 부종 및 압력 변화 |
압축 패드 디자인과 함께 작동 |
안정적인 기계적 접촉을 유지합니다. |
고에너지 배터리 팩이 액체 냉각 및 BMS 모니터링에만 의존하는 경우 결함을 감지할 수 있지만 셀이 열 폭주에 들어가면 여전히 열 전달을 물리적으로 늦추지 못합니다.
더 나은 솔루션은 능동형 열 관리와 수동형 에어로겔 절연 패드를 결합하여 팩에 모니터링 제어와 물리적 전파 저항을 모두 갖추는 것입니다.
열폭주는 온도 문제만이 아닙니다. 그것은 연쇄 반응 문제입니다. 좋은 에어로겔 패드는 시작 셀에서 인근 셀로의 열 전도를 줄여 배터리 팩에 더 많은 시간을 제공합니다.
틀렸습니다. 냉각판만으로 모든 열 현상을 막을 수 있다고 가정합니다. 정답: 냉각, 환기, 센서, BMS 로직 및 에어로겔 장벽을 함께 사용합니다.
열이 배터리 스택을 통해 너무 빨리 이동하면 BMS, 냉각 플레이트 또는 환기 경로가 이벤트를 제어할 수 있기 전에 인접한 셀이 위험한 온도에 도달할 수 있습니다.
직접적인 해결책은 에어로겔의 나노 다공성 구조를 사용하여 가스 이동을 제한하고 절연층을 통한 전도성 열 전달을 줄이는 것입니다.
NASA는 에어로겔의 다공성이 매우 높고 밀도가 매우 낮으며 기공이 나노미터 범위에 있기 때문에 열 전달을 방지하는 데 매우 효과적이라고 설명합니다.[2] 이는 얇은 단열재가 일반 폴리머 폼보다 더 나은 성능을 발휘해야 하는 경우 에어로겔의 가치를 높여줍니다.
이미지 출처: NASA 에어로겔 단열재 연구.[2]
고전압 하니스, 감지 하니스 또는 부스바 절연체가 열 전파 경로에 너무 가깝게 배치되면 절연 성능이 저하되고 단자가 느슨해지며 오류 발생 시 진단 신호가 실패할 수 있습니다.
더 나은 솔루션은 HV 배선, 전압 감지 라인, 온도 센서, 부스바 커버 및 팩 밀봉 전략과 함께 에어로젤 절연 패드를 설계하는 것입니다.
배터리 안전은 단순한 셀 화학이 아닙니다. 이는 셀 장벽, 고전압 하네스 라우팅, 환기 채널, 센서 배치, 접지, 차폐 및 커넥터 보호를 포함하는 전체 시스템 설계입니다.
하네스 구역 |
열 위험 |
에어로젤 패드 지원 |
디자인 알림 |
|---|---|---|---|
HV 케이블 출구 |
셀 환기 중 열 손상 |
핫존과의 분리 생성 |
내열 슬리브와 적절한 그로밋을 사용하십시오. |
전압 감지 하네스 |
모듈 가열 중 신호 손실 |
근처의 저전류 전선을 보호합니다. |
통풍 경로와 날카로운 모선 가장자리에서 멀리 두십시오. |
온도 센서 리드 |
잘못된 판독 또는 전선 손상 |
세포 표면 근처의 열 노출을 제어합니다. |
필요한 센서 접촉을 차단하지 마십시오 |
부스바 커버 영역 |
아크 및 열 집중 |
패시브 단열층 추가 |
연면거리, 공간거리, 유전체 설계 유지 |
팩 레이아웃이 이미 고정된 후에 패드를 선택하면 엔지니어는 두께가 약하고 압축이 불량하며 통풍이 막히거나 하네스 간격이 안전하지 않은 상황에 처할 수 있습니다.
가장 좋은 해결책은 모듈 레이아웃, 고전압 라우팅 및 열 전파 시뮬레이션 초기에 에어로겔 패드 공급업체와 와이어 하니스 공급업체를 참여시키는 것입니다.
좋은 선택 프로세스는 셀 형식, 화학, 에너지 밀도, 대상 팩 두께, 압축력, 냉각판 위치, 배기 방향 및 안전 테스트 대상으로 시작됩니다. 패드는 평평한 실험실 샘플뿐만 아니라 실제 모듈 스택에서 검증되어야 합니다.
빠른 평가를 위해 셀 크기, 모듈 도면, 목표 두께, 압축 범위, 최대 온도 이벤트 및 연간 볼륨을 보내십시오. 작은 다이컷 에어로겔 샘플은 대량 생산 툴링 전에 장착을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.
에어로젤을 사용하는 이유는 가볍고 얇은 형태로 강력한 보온성을 제공하기 때문입니다. 이는 배터리 엔지니어가 팩 공간을 너무 많이 낭비하지 않고 셀을 보호하는 데 도움이 됩니다.
에어로겔 패드는 모든 세포의 손상을 예방하지는 않습니다. 이들의 목적은 전체 팩 설계에 따라 하나의 고장난 셀에서 인근 셀로의 열 전파를 늦추거나 멈추는 데 도움을 주는 것입니다.
셀 사이, 모듈 사이, 버스바 근처, 팩 커버 아래, 환기 경로 옆 또는 팩 수준 장벽 구역에 배치할 수 있습니다.
많은 에어로젤 배터리 패드는 전기 절연 성능을 갖도록 설계되지만 정확한 절연 내력은 제품 구조 및 테스트 방법에 따라 다릅니다. 항상 공급업체 데이터시트를 확인하세요.
EV 배터리 에어로젤 절연 패드는 단순히 셀 사이에 놓는 부드러운 시트가 아닙니다. 이는 셀 화학, 환기, 압축, 냉각, 모선, 센서, 커넥터 및 고전압 하니스 라우팅과 함께 작동해야 하는 안전에 중요한 열 장벽입니다.
자동차 와이어 하니스, EV 배터리 케이블 어셈블리, 고전압 상호 연결 및 맞춤형 차량 전원 시스템을 사용해 15년 동안 작업한 후 내 현장 규칙은 간단합니다. 배터리 안전은 결코 하나의 재료만으로는 만들어지지 않습니다. 이는 모든 재료, 와이어, 커넥터 및 열 경로가 함께 작동하는 방식에 의해 생성됩니다. EV 배터리 프로젝트에 에어로젤 절연 패드, HV 하네스 보호, 모선 절연 또는 샘플 단계 열 장벽 검토가 필요한 경우 생산 전에 셀 레이아웃, 전압 등급, 라우팅 경로 및 검증 대상을 보내십시오. 작은 샘플과 초기 엔지니어링 검토를 통해 나중에 훨씬 더 큰 팩 수준 오류를 예방할 수 있습니다.
Aspen Aerogels, 'EV용 PyroThin 열 폭주 장벽.' 아스펜 에어로겔 PyroThin
NASA, '에어로겔: 더 얇고, 더 가볍고, 더 강합니다.' NASA 에어로젤 연구
사우스웨스트 연구소, 'UL 2580 표준 배터리 테스트.' SwRI UL 2580 배터리 테스트
SAE International, 'SAE J2464 전기 및 하이브리드 전기 자동차 충전식 에너지 저장 시스템 안전 및 남용 테스트.' SAE J2464
Aspen Aerogels, '전기 자동차의 열 폭주 완화.' Aspen Aerogels 배터리 열 장벽
NASA 분사, '에어로겔은 임무와 소비자 제품을 단열합니다.' NASA 스핀오프 에어로젤 애플리케이션
