O que é uma almofada de bateria EV?

A expansão descontrolada das células da bateria pode deformar módulos, afrouxar conexões elétricas, danificar barramentos e, eventualmente, provocar falhas dispendiosas nas baterias.

Uma almofada de bateria EV resolve esse problema absorvendo a expansão da célula enquanto mantém uma pressão controlada e uniforme dentro do módulo da bateria.

Uma almofada de bateria EV é uma camada compressível projetada instalada entre uma bolsa ou células de bateria prismáticas. Também é chamada de almofada de compressão de bateria, almofada célula a célula, almofada de gerenciamento de pressão ou almofada de tolerância..

Almofada de compressão da bateria EV entre células prismáticas. Fonte da imagem: Soluções de fita Saint-Gobain.

O que uma almofada de bateria EV faz?

Sem uma almofada adequadamente projetada, o inchaço repetido das células pode criar pressão local excessiva, movimento celular, tensão no conector e degradação prematura do módulo.

A solução correta é uma almofada de baixa compressão com uma curva de deflexão da força de compressão controlada que corresponda à janela de pressão da célula da bateria.

A almofada comprime quando as células se expandem e empurra para trás quando elas se contraem. Esta resposta controlada mantém a pilha de células estável sem aplicar pressão prejudicial ao invólucro da célula.

Incorreto: Uma almofada de bateria EV é simplesmente um pedaço de espuma macia.

Correto: É um componente de gerenciamento de pressão projetado em torno do inchaço da célula, temperatura operacional, conjunto de compressão, rigidez dielétrica, vibração e tolerâncias de montagem.

Como funciona uma almofada de compressão de bateria?

Uma almofada muito dura pode esmagar ou sobrecarregar as células, enquanto uma almofada muito mole pode permitir movimento, danos por vibração e perda de estabilidade do módulo.

A solução eficaz é selecionar um material com uma resposta tensão-deformação previsível e uma força de retrocesso estável em toda a faixa de compressão necessária.

Os engenheiros avaliam esse comportamento por meio da deflexão da força de compressão, ou CFD . CFD mostra quanta força o pad aplica em diferentes níveis de compressão.

Uma curva CFD relativamente plana e controlada ajuda a almofada a acomodar a expansão celular sem produzir um aumento repentino de pressão. A baixa compressão é igualmente importante porque a almofada deve se recuperar em vez de permanecer permanentemente achatada.

Quais funções uma almofada de bateria EV pode fornecer?

Usar uma espuma de uso único sem verificar todo o ambiente do módulo pode deixar a bateria vulnerável a vibrações, vazamento elétrico, erros de montagem e desequilíbrio de pressão.

Uma almofada multifuncional de nível automotivo deve ser selecionada de acordo com os requisitos mecânicos, elétricos, térmicos e de fabricação.

Dependendo do seu material e construção, uma almofada de bateria EV pode fornecer as seguintes funções:

• Compensação da expansão celular: Acomoda respiração reversível e inchaço permanente.

• Gerenciamento de pressão: Mantém uma força controlada em toda a pilha de células.

• Redução de vibração: Limita o movimento relativo entre células adjacentes.

• Absorção de choque: Reduz as cargas mecânicas durante impactos na estrada e operação do veículo.

• Compensação de tolerância: Absorve variação dimensional de células e módulos.

• Isolamento elétrico: Ajuda a separar os componentes condutores da bateria quando materiais dielétricos são especificados.

• Suporte de montagem: Mantém as células em posição durante a produção automatizada de módulos.

Qual material é melhor para uma almofada de bateria EV?

Selecionar o material apenas pelo preço ou pela suavidade pode resultar em deformação permanente, pressão descontrolada, falha de isolamento ou rejeição durante a validação da bateria.

O melhor material é aquele cujas propriedades de compressão, temperatura, dielétrica, envelhecimento e inflamabilidade correspondem ao design específico da célula e do módulo.

O poliuretano microcelular e a espuma de silicone são amplamente utilizados, mas se comportam de maneira diferente sob calor, umidade, compressão e envelhecimento prolongado. Almofadas multicamadas especializadas também podem combinar espuma compressível com mica ou outra camada de isolamento térmico.

Onde é instalada uma almofada de bateria EV?

Colocar a almofada no local errado pode criar compressão irregular, interferir nos caminhos de resfriamento, danificar sensores ou transferir força para barramentos e conectores de alta tensão.

A almofada deve ser posicionada de acordo com a direção de expansão da célula, sistema de retenção do módulo, layout elétrico e projeto de gerenciamento térmico.

A localização mais comum é entre bolsas adjacentes ou células prismáticas. As almofadas também podem ser colocadas entre uma célula final e a placa final do módulo ou em interfaces selecionadas do módulo.

A almofada não deve obstruir canais de ventilação, superfícies de resfriamento, sensores de pressão, termistores, barramentos ou roteamento de chicotes elétricos. Seu formato recortado deve seguir a área funcional da célula, em vez de simplesmente copiar o contorno da célula.

Quais testes e padrões devem ser considerados?

Uma almofada com bom desempenho em um teste de compressão à temperatura ambiente ainda pode falhar após envelhecimento térmico, exposição à umidade, vibração ou milhares de ciclos de carga.

Valide o pad nos níveis de material, pilha de células, módulo e bateria completa no ambiente automotivo pretendido.

Testes de materiais importantes incluem CFD, deformação por compressão, relaxamento de tensão, rigidez dielétrica, inflamabilidade, envelhecimento por temperatura, envelhecimento por umidade e compatibilidade química.

Os requisitos de nível de bateria podem fazer referência a padrões como ISO 6469-1, UL 2580, SAE J2380, SAE J2929 e Regulamento UNECE nº 100 . Estas normas aplicam-se principalmente aos sistemas de baterias e à segurança dos veículos; eles não certificam automaticamente uma almofada individual.

Perguntas frequentes

A terminologia pouco clara geralmente faz com que os compradores solicitem espuma, espessura ou função de segurança erradas.

Use as seguintes respostas diretas para definir a aplicação antes de solicitar um orçamento ou amostra.

Qual deve ser a espessura de uma almofada de bateria EV?

Uma espessura arbitrária pode comprimir excessivamente a célula ou deixar o módulo solto. A espessura da almofada deve ser calculada a partir do espaço disponível, pré-carga, tolerância da célula, inchaço esperado e pressão permitida.

Uma almofada evita a fuga térmica?

Uma almofada padrão pode queimar ou transferir calor para células adjacentes durante um evento térmico severo. Use uma almofada de propagação térmica especificamente testada quando for necessária a mitigação de fuga térmica.

O poliuretano ou o silicone são melhores para as baterias?

A escolha apenas pelo nome do material pode produzir uma resposta errada de temperatura ou pressão. O poliuretano é frequentemente selecionado para um gerenciamento eficiente da pressão, enquanto o silicone pode oferecer um desempenho mais forte em altas temperaturas; a seleção final requer testes de aplicação.

Recomendação Final de Engenharia

Tratar a almofada da bateria EV como uma inserção de espuma barata pode transformar uma pequena decisão material em danos às células, falhas intermitentes de alta tensão, reclamações de garantia e revalidação completa do módulo.

Trate-o como um componente de gerenciamento de pressão de precisão e valide-o junto com as células, placas finais, sistema de resfriamento, barramentos, conectores e chicote de fios de alta tensão.

Com meus 15 anos de experiência em chicotes elétricos automotivos e interconexão de alta tensão , aprendi que a pressão mecânica dentro de um módulo de bateria nunca afeta apenas as células. Eventualmente, ele alcança terminais, barramentos, conectores, sensores e pontos de roteamento de chicotes.

Minha regra prática é simples: controle o movimento da célula antes que se torne um problema de conexão elétrica . Antes de aprovar qualquer almofada de bateria EV, verifique a curva de pressão, o conjunto de compressão, o desempenho dielétrico, o envelhecimento ambiental e a expansão das células em fim de vida útil com dados reais do módulo.

Referências autorizadas

1. Corporação Rogers, Material da almofada da bateria PORON EVExtend .

2. Soluções de fita Saint-Gobain, Deflexão da força de compressão em aplicações EV .

3. Soluções de fita Saint-Gobain, Gerenciando o inchaço das células da bateria EV .

4. Soluções UL, Testes de baterias EV e padrões regulatórios .

5. Organização Internacional de Normalização, Segurança do sistema de armazenamento de energia recarregável ISO 6469-1:2019 .

6. Comissão Económica das Nações Unidas para a Europa, Regulamento UNECE nº 100 .

7. SAE Internacional, Teste de vibração SAE J2380 de baterias de veículos elétricos .

8. SAE Internacional, Padrão de segurança do sistema de bateria SAE J2929 .