Настраиваемые 3D-барьеры предотвращают перегрев электромобилей

Стивен Мур | 24 августа 2023 г.

Литий-ионные аккумуляторы с высокой плотностью энергии, увеличивающие запас хода, увеличивают риск выхода из-под перегрева. В качестве превентивной меры компания Freudenberg Sealing Technologies разработала тепловые барьеры, изготовленные методом литья под давлением и экструзии, которые помогают замедлить выход тепла за счет повышения сопротивления распространению. Новые трехмерные (3D) тепловые барьеры могут использоваться в различных местах внутри батареи и уже доказали свою надежность в первоначальном серийном производстве.

Ожидается, что к 2030 году на дорогах мира будет более 100 миллионов электромобилей. Чтобы сделать электромобильность более эффективной в будущем, многие производители работают над увеличением запаса хода и сокращением времени зарядки. Именно поэтому высокопроизводительные аккумуляторы являются одним из приоритетов в этом развитии. Но в литий-ионных батареях более высокая плотность энергии увеличивает риск температурного выхода из-под контроля. Компания Freudenberg Sealing Technologies разработала тепловые барьеры для этой сложной среды, замедляя или даже останавливая неконтролируемый выход тепла за счет увеличения сопротивления распространению тепла.

«Совершенно новым является то, что тепловые барьеры теперь также доступны в индивидуальной, гибкой трехмерной геометрии, что позволяет использовать их в различных местах внутри батареи и позволяет интегрировать дополнительные компоненты», — сказал Эндрю Эспиноза, глобальный вице-президент. , технология подразделения сальников силовых агрегатов и трансмиссии компании Freudenberg Sealing Technologies.

Термический разгон, то есть возгорание или взрыв элемента аккумуляторной батареи, вызванный самоусиливающимся процессом нагрева, представляет собой серьезную проблему безопасности. Это может быть вызвано рядом внутренних и внешних факторов, таких как перезарядка, чрезмерная разрядка, повреждение или нагрев аккумулятора. При термическом разгоне выделяются не только пламя и горячие газы, но и электропроводящие частицы. Это, в свою очередь, может вызвать распространение тепла в соседних ячейках и привести к коротким замыканиям в электрической системе. Тепловые барьеры действуют как защитные слои, которые замедляют или даже предотвращают распространение тепла и пламени в аккумуляторе, что существенно повышает безопасность.

Помимо существующих двумерных барьеров, таких как плоские коврики и термоодеяла, 3D-вариант открывает совершенно новые возможности. 3D-геометрии по индивидуальному заказу могут быть изготовлены с помощью различных крупносерийных и мелкосерийных производственных процессов, таких как литье под давлением и непрерывная экструзия. Профильные уплотнения, сепараторы модулей и крышки, в том числе для шин, линий охлаждения или электрических компонентов, являются примерами продукции, производимой в настоящее время. Кроме того, изготовленная сложная трехмерная геометрия легка и оказывает минимальное влияние на общий вес батареи.

Специалисты по материалам компании Freudenberg Sealing Technologies разработали термостойкие, электро- и теплоизоляционные материалы специально для этих целей. Внутренние испытания этих материалов показали, что они могут безопасно выдерживать температуры до 1200°C. Специальный состав делает эти компаундированные полимеры очень термостойкими. Это также делает их устойчивыми к воздействию частиц, например, к тем, которые возникают при вентиляции клеток. В 3D-тепловых барьерах используются эластомерные растворы, как в твердой форме, так и в виде пены, а также пластиковые компоненты, отлитые из Quantix Ultra, что позволяет создавать сложную геометрию.

Соединения Quantix Ultra представляют собой полукристаллические термопласты со значительно более высокими температурами стеклования, чем у обычных термопластов. Однако при превышении температуры стеклования материал становится не плавящимся, а эластичным. В ходе одного лабораторного испытания образец материала толщиной менее одного миллиметра выдержал 10 минут в пламени, достигнув температуры 1200°C.

«Трехмерные тепловые барьеры и используемые материалы прошли обширные испытания, которые превышают требуемые стандарты. Они доказали свою выдающуюся производительность и надежность в ходе стендовых испытаний, а также испытаний аккумуляторных систем. Продукция соответствует самым высоким стандартам качества, сертифицирована по UL 94 V-0 и уже успешно используется в первоначальном серийном производстве для автомобильной промышленности», — сказал Эспиноза.