カスタマイズ可能な 3D バリアが EV の熱暴走を防止

スティーブン・ムーア 2023 年 8 月 24 日

航続距離を延長する高エネルギー密度のリチウムイオン電池は、熱暴走のリスクを高めます。 予防策として、Freudenberg Sealing Technologies は、伝播に対する抵抗を高めて熱暴走を遅らせるのに役立つ、射出成形と押出成形によって製造された熱バリアを開発しました。 新しい三次元 (3D) 遮熱材はバッテリー内のさまざまな場所で使用でき、初期の量産で信頼性がすでに証明されています。

2030 年までに 1 億台を優に超える電気自動車が世界中で走行すると予想されています。将来的に電気自動車の効率を高めるために、多くのメーカーが航続距離の延長と充電時間の短縮に取り組んでいます。 このため、高性能バッテリーがこの開発における優先事項の 1 つとなります。 しかし、リチウムイオン電池ではエネルギー密度が高くなるほど、熱暴走のリスクが高まります。 Freudenberg Sealing Technologies は、この困難な環境向けに熱バリアを開発し、熱伝播抵抗を高めることで熱暴走を遅らせ、さらには阻止します。

「まったく新しいのは、サーマルバリアがカスタマイズされた柔軟な 3D 形状でも利用できるようになったことです。これにより、サーマルバリアをバッテリー内のさまざまな場所で使用できるようになり、追加コンポーネントの統合が可能になります」とグローバル バイスプレジデントのアンドリュー エスピノザ氏は述べています。 Freudenberg Sealing Technologies のオイル シール パワートレイン & ドライブライン部門のテクノロジー。

熱暴走は、自己強化加熱プロセスによって引き起こされるバッテリーセルの発火または爆発であり、重大な安全上の問題です。 バッテリーの過充電、過剰な放電、損傷、加熱など、さまざまな内部および外部要因によって発生する可能性があります。 熱暴走では、炎や高温ガスだけでなく、導電性粒子も放出されます。 これらは、隣接するセルに熱伝播を引き起こし、電気システムの短絡につながる可能性があります。 断熱層は、バッテリー内での熱や炎の広がりを遅らせ、さらには防ぐ保護層として機能するため、安全性が大幅に向上します。

フラットマットやサーマルブランケットなどの既存の 2 次元の障壁を超えて、3D バリアントはまったく新しい可能性を開きます。 顧客固有の 3D 形状は、射出成形や連続押出などのさまざまな大量および少量の製造プロセスで製造できます。 現在製造されている製品の例としては、プロファイル シール、モジュール セパレーター、バス バー、冷却ライン、電気部品用のカバーなどがあります。 さらに、製造された複雑な 3D 形状は軽量で、バッテリーの総重量への影響は最小限に抑えられています。

Freudenberg Sealing Technologies の材料専門家は、これらの用途に特化した耐熱性、電気性、断熱性の材料を開発しました。 これらの材料のテストは社内で完了し、最大 1,200°C の温度に安全に耐えられることが証明されています。 特殊な組成により、これらの配合ポリマーは耐熱性が高くなります。 また、セルが排気されるときに発生するような粒子の衝撃に対しても耐性があります。 3D 遮熱層は、固体または発泡体のエラストマー ソリューションと、複雑な形状を可能にする Quantix Ultra で成形されたプラスチック コンポーネントを利用します。

Quantix Ultra コンパウンドは、従来の熱可塑性プラスチックよりもガラス転移温度が大幅に高い半結晶性熱可塑性プラスチックです。 ただし、ガラス転移温度を超えると、材料は溶融するのではなく、弾性を持ちます。 ある実験室でのテストでは、厚さ 1 ミリメートル未満の材料のサンプルが 1,200°C の温度に達する炎の中でも 10 分間耐えられました。

「三次元遮熱材と使用されている素材は、必要な基準を超える広範なテストを経ています。 これらはベンチテストやバッテリーシステムテストでも優れた性能と信頼性を証明しています。 これらの製品は最高の品質基準を満たしており、UL 94 V-0に従って認証されており、すでに自動車業界の初期の量産でうまく使用されています」とエスピノーザ氏は述べた。