Waar moeten thermische barrières in een EV-batterijpakket worden geplaatst?

Het gebruik van uitstekende isolatie op de verkeerde locatie kan er nog steeds voor zorgen dat hitte, vlammen of uitlaatgassen de barrière omzeilen en zich door het accupakket verspreiden.

Batterij-isolatie moet worden geplaatst volgens het verwachte voortplantingspad. Cel-naar-cel-barrières richten zich op de dichtstbijzijnde naburige cel, module-tot-module-barrières creëren een tweede scheidingsniveau, terwijl materialen op pakketniveau afdekkingen, behuizingen en gevoelige elektrische zones beschermen.

Een robuuste strategie ter voorkoming van thermische voortplanting maakt daarom even zorgvuldig gebruik van de materiaallocatie als de materiaalprestaties. Het doel is niet om de batterij te vullen met isolatie, maar om de belangrijkste thermische en elektrische trajecten te onderbreken.

Waar moeten cel-tot-celbarrières worden geïnstalleerd?

Als aangrenzende cellen een direct thermisch pad hebben, kan een defecte cel snel energie overbrengen naar zijn buurman.

Plaats cel-tot-celbarrières op de grensvlakken waar naburige cellen de meest schadelijke warmte kunnen uitwisselen. Voor prismatische en buidelarchitecturen moet de barrière mogelijk ook celzwelling en -compressie gedurende de levensduur van de batterij opvangen.

Aspen Aerogels beschrijft zijn PyroThin-producten specifiek als cel-tot-cel thermische barrières voor zak- en prismatische batterijen, waarbij thermische bescherming wordt gecombineerd met mechanisch gedrag onder batterijcompressie.^[1]

Waar moeten de barrières van module tot module naartoe?

Het stoppen van de directe cel-naar-cel-geleiding garandeert niet dat een thermische gebeurtenis een andere module niet kan bereiken via structurele onderdelen, uitlaatgassen of vlammen.

Gebruik scheiding op moduleniveau om het volgende voortplantingspad te onderbreken. Bij de geometrie van de barrière moet rekening worden gehouden met modulewanden, openingen, structurele interfaces en de waarschijnlijke ventilatierichting, in plaats van eenvoudigweg een plaat tussen twee modulebehuizingen te plaatsen.

Saint-Gobain identificeert thermisch op hol geslagen pads voor zowel celdemping als locaties tussen modules, wat illustreert hoe barrièrestrategie verder kan reiken dan individuele cellen.^[2]

Heeft het deksel van het batterijpakket thermische isolatie nodig?

Een barrièrestrategie die alleen tussen cellen is gericht, kan ervoor zorgen dat de verpakkingsafdekking wordt blootgesteld aan straalvlammen, hete gassen en uitgeworpen deeltjes.

Evalueer het deksel en de behuizing van de verpakking als afzonderlijke beschermingszones tegen oververhitting. UL Solutions merkt op dat de thermische overstroming van de batterij straalachtige vlammen, druk en deeltjes kan produceren die het beschermende behuizingsmateriaal kunnen eroderen.^[3]

Dit is de reden waarom cel-tot-celisolatie en behuizingsbescherming niet als onderling uitwisselbaar mogen worden beschouwd. De thermische en mechanische blootstelling kunnen heel verschillend zijn.

Hoe moeten ingenieurs beslissen over de plaatsing van barrières?

Het overal toevoegen van isolatie kan het gewicht, de kosten en de compressie verhogen zonder het dominante voortplantingsmechanisme te beheersen.

Breng de thermische gebeurtenis in kaart voordat u de gestanste onderdelen definieert. Identificeer de initiërende cel, aangrenzende cellen, ventilatierichting, modulegrenzen, rails, koelstructuren, pakketafdekking en potentiële vlam- of gaspaden.

De dikte en het materiaal van de barrière kunnen vervolgens voor elke locatie worden geoptimaliseerd in plaats van dat één isolatieplaat elke functie moet vervullen.

Hulp nodig bij het omzetten van een batterij-indeling in gestanste isolatieonderdelen?

Stuur Fuqiang uw celopstelling, moduletekening, beschikbare openingen, ventilatierichting en isolatievereisten. Ons technische team kan cel-tot-cel-, module- en pakketniveau-barrièrelocaties beoordelen en monsters voorbereiden voor validatie.

Veelgestelde vragen

Waar moet de isolatie tussen de batterijcellen komen?

Het moet worden geplaatst op de celgrensvlakken waar het de warmteoverdracht naar aangrenzende cellen kan verminderen en tegelijkertijd de vereiste compressie en celbeweging kan opvangen.

Wat is een cel-tot-cel thermische barrière?

Het is een materiaal dat tussen aangrenzende cellen wordt geplaatst om de warmteoverdracht te verminderen en te voorkomen dat een thermische gebeurtenis in de ene cel de volgende veroorzaakt.

Wat is een module-tot-modulebarrière?

Het is een thermische of brandbeveiliging die tussen de batterijmodules wordt geplaatst om de verspreiding buiten de getroffen module te helpen beperken.

Moet de isolatie van de EV-batterij het hele pakket bedekken?

Niet noodzakelijkerwijs. De locatie van de barrière moet rekening houden met thermische, vlam-, elektrische en ventilatierisico's. Het toevoegen van materiaal waar het weinig bescherming biedt, kan de massa en de kosten onnodig verhogen.

Is cel-tot-cel-isolatie voldoende om thermische voortplanting te stoppen?

Niet altijd. Bij het ontwerp van het pakket moet ook rekening worden gehouden met ventilatiegassen, vlammen, structurele geleiding, modulegrenzen en bescherming van de behuizing.

Een 15-jarig perspectief op kabelbomen en EV-batterijen in de automobielsector

Na 15 jaar met elektrische systemen in auto's te hebben gewerkt, benader ik batterij-isolatie ongeveer zoals harnasbescherming: plaats de bescherming daar waar de storingsenergie daadwerkelijk reist. Correcte plaatsing kan net zo belangrijk zijn als de thermische geleidbaarheid of temperatuurcapaciteit die op het materiaalgegevensblad staat afgedrukt.

Gezaghebbende referenties

[1] Aspen Aerogels - Cel-tot-cel thermische barrières voor EV-batterijen

[2] Saint-Gobain - TRP-serie thermische runaway-pads voor cellen en modules

[3] UL Solutions — Evaluatie van thermische overstroming van batterijbehuizingen