Come Boyd prevenire il runaway termico a tutti i livelli dei gruppi di batterie EV
La domanda di veicoli elettrici è aumentata drasticamente negli ultimi anni e molti OEM si stanno affrettando a soddisfare le esigenze di produzione. Non è solo nel settore automobilistico. Dagli scooter elettrici ai veicoli utilitari, dai veicoli ricreazionali e altro ancora, la produzione di veicoli elettrici sta crescendo su tutta la linea.
Per costruire la prossima generazione di veicoli elettrici, gli ingegneri stanno cercando di aumentare la densità di potenza e rendere le batterie più piccole e leggere per migliorare l'autonomia e l'efficienza e fornire maggiore libertà di progettazione. Ma con l'aumento della potenza aumenta il rischio di eventi termici di fuga e incendi. Pertanto, gli OEM devono sviluppare soluzioni efficaci di protezione termica fuori controllo (TRP) per soddisfare la crescente domanda del mercato garantendo al contempo la sicurezza degli utenti.
Attualmente manca una regolamentazione chiara sugli standard di protezione termica fuori controllo. Ma in tutto il settore, molti OEM hanno adottato la "regola dei 5 minuti" come standard, il che significa che se si verifica un evento di fuga termica, i passeggeri hanno cinque minuti per uscire dal veicolo prima che diventi completamente inghiottito.
Si prevede che i requisiti normativi si evolveranno con l'evoluzione della tecnologia delle batterie, ma gli OEM e i fornitori di batterie hanno bisogno di partner tecnologici con esperienza nella protezione termica incontrollata per aiutare a progettare e produrre soluzioni TRP affidabili e sicure che soddisfino le esigenze di oggi e del futuro.
Boyd crea robuste soluzioni TRP per più tipi di batterie, tra cui batterie a celle a sacchetto, celle cilindriche e celle prismatiche. La nostra esperienza TRP si estende ai moduli batteria e ai pacchi batteria completi, creando soluzioni affidabili per ogni tipo e livello di progettazione di batterie EV. Questo white paper esplora i diversi tipi di soluzioni termiche runaway offerte da Boyd e i materiali e i servizi di conversione utilizzati per ottimizzare questi prodotti per le applicazioni delle batterie dei veicoli elettrici.
Soluzioni per celle a batteria
Esistono tre tipi principali di celle della batteria EV: celle a sacchetto, celle cilindriche e celle prismatiche. Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi unici, nonché considerazioni di produzione e progettazione. La protezione termica antifuga deve essere adattata per adattarsi a questi progetti
Celle sacchetto
Le celle a sacchetto sono realizzate con materiali flessibili e non hanno una struttura rigida. Invece, in genere usano materiali di alluminio per creare un sacchetto che contiene la cella. Ciò riduce il peso complessivo della batteria e offre una maggiore libertà di progettazione.
Cuscinetti di compressione - I cuscinetti di compressione sono importanti per le batterie a sacchetto perché le celle tendono a gonfiarsi e comprimersi durante i cicli di temperatura della batteria. I cuscinetti di compressione si adattano tra le cellule per applicare una quantità consistente di pressione sulle cellule mentre si gonfiano e si comprimono. Questo è importante perché senza pressione costante, le batterie possono sviluppare quello che è noto come "scarico dei vampiri" in cui la batteria perde lentamente energia durante i periodi di inattività, con un impatto negativo sull'efficienza della batteria. I cuscinetti di compressione aiutano anche nel TRP aiutando a bloccare o isolare il runaway termico, riducendo l'attrito che genera calore e proteggendo le cellule dall'impatto che può danneggiarle e causare problemi di scintilla o cortocircuito.
Materiali barriera alla fiamma - Le soluzioni di protezione termica fuori controllo sono raramente un singolo componente o materiale. Spesso, le combinazioni di materie prime vengono utilizzate per sfruttare le migliori caratteristiche di ciascun materiale, ottimizzare le prestazioni e ottenere il set di compressione richiesto e la deflessione della forza. Boyd è un esperto nello specificare materiali barriera alla fiamma come mica e fibre ceramiche con materiali complementari ad alte prestazioni per creare impilamenti multistrato. La carta barriera alla fiamma FRB da 3 M™ è un altro materiale ad alta temperatura utilizzato in una varietà di applicazioni di batterie EV. Il suo materiale densificato offre una maggiore rigidità dielettrica, una superficie più liscia per una migliore adesione del nastro e una struttura a celle chiuse. Anche gli aerogel possono svolgere un ruolo fondamentale nelle soluzioni TRP.
Il modo in cui questi materiali si uniscono dipende dall'applicazione specifica. Ad esempio, Boyd ingegneri potrebbero semplicemente inserire un aerogel tra due strati di adesivi sensibili alla pressione per creare un'efficace barriera termica. In altri casi, possiamo aggiungere nastro biadesivo su entrambi i lati di un aerogel e quindi aggiungere uno strato di ceramica o carta a compressione allo strato superiore e inferiore per creare uno stackup più robusto. Le soluzioni devono essere personalizzate e ottimizzate per soddisfare precise specifiche applicative per essere le più affidabili, sicure ed efficaci.
Boyd esperti lavorano a stretto contatto con gli OEM per comprendere i requisiti del veicolo e della batteria. Consigliamo quindi e configuriamo su misura i materiali ottimali per creare soluzioni TRP personalizzate e ad alte prestazioni.
Celle cilindriche
Le celle cilindriche sono costituite da anodi, separatori e catodi che vengono impilati insieme e arrotolati prima di essere collocati in un contenitore a forma di cilindro. Una singola batteria AA è un buon esempio di questo tipo di struttura.
Soluzioni di incollaggio cell-celle-cellula - Boyd offre una vasta gamma di adesivi sensibili alla pressione da 3M™ che non richiedono tempi di polimerizzazione per legare le celle l'una all'altra, migliorando così l'integrità strutturale dei gruppi batteria EV. I nastri ritardanti di fiamma e dielettrici si legano con forza immediata e sono più facili da lavorare rispetto agli adesivi liquidi negli ambienti di produzione. Boyd specifica e fabbrica questi e altri adesivi in soluzioni personalizzate ottimizzate per pacchi batteria con stretti controlli di tolleranza e pulizia per prevenire la contaminazione e ottenere la precisione necessaria per assemblare efficacemente le soluzioni TRP in moduli e pacchi batteria.
Materiali barriera alla fiamma - Proprio come con le celle a sacchetto, Boyd specifica e configura in modo personalizzato la barriera alla fiamma e i materiali di isolamento termico per avvolgere le celle e prevenire la tensione di scintilla tra i componenti critici interni che può portare a cortocircuiti o incendi del dispositivo. Inoltre, progettiamo e specifichiamo materiali di interfaccia termica per migliorare le soluzioni TRP, tra cui riempitivi di spazi vuoti, stucchi termici, fogli di interfaccia termica, materiali a cambiamento di fase e isolanti termicamente conduttivi.
Celle prismatiche
Le celle prismatiche sono simili alle celle cilindriche in quanto sono costituite da fogli di anodi, catodi e separatori tutti inseriti insieme. Invece di essere arrotolati in un cilindro, questi materiali vengono impilati a strati o arrotolati e quindi pressati per adattarsi a un alloggiamento rigido, in genere realizzato in plastica o metallo.
Gli OEM sfruttano la nostra esperienza e le nostre capacità per creare soluzioni TRP ad alte prestazioni per batterie con celle prismatiche. Molti degli stessi tipi di cuscinetti di compressione e materiali barriera alla fiamma utilizzati con altri tipi di celle della batteria sono specificati con celle prismatiche per aggiungere protezione termica fuori controllo.
Soluzioni per moduli batteria
I moduli batteria sono il "livello" successivo delle costruzioni delle batterie e vengono creati quando più celle sono confezionate insieme. Questo è vero per tutti i tipi di celle della batteria.
Cuscinetti di compressione - Simili al livello della cella, i cuscinetti di compressione isolano i singoli moduli batteria. Le tecnologie dei cuscinetti di compressione vengono aggiunte all'esterno o all'interno del modulo per impedire la propagazione termica a un altro modulo, ridurre l'attrito tra i moduli e proteggere dall'energia meccanica da urti e vibrazioni. Questo è importante per prevenire e contenere gli eventi termici, garantendo che un problema locale a un modulo non comprometta l'intera batteria.
Guarnizioni e guarnizioni - Guarnizioni e guarnizioni adeguate sono importanti per un'efficace protezione dall'ingresso, resistenza agli urti e gestione termica nei gruppi batteria EV. Siamo specializzati nella specifica di materiali ottimali, come adesivi sensibili alla pressione (PSA) e schiume ad alte prestazioni, per produrre guarnizioni per moduli batteria e guarnizioni portuali. Per far aderire le guarnizioni e le guarnizioni ambientali ai moduli o alle porte della batteria e per l'incollaggio interno da componente a componente, Boyd fabbricano PSA personalizzati come nastro VHB, nastro di trasferimento adesivo e altri nastri PSA biadesivi. Questi adesivi flessibili consentono di risparmiare spazio, sono più efficienti da assemblare e sono più facili da lavorare rispetto agli adesivi liquidi. Le guarnizioni e le guarnizioni personalizzate sono caratterizzate da una varietà di materiali elastomerici e polimerici con durometri diversi per soddisfare le esigenze applicative in termini di comprimibilità, resistenza al compression set, impermeabilità, ecc. I nostri servizi di prototipazione rapida accelerano i test e la convalida dei concetti.
Piastre frigorifere liquide - Le piastre frigorifere liquide facilitano la gestione termica dei moduli batteria trasferendo il calore dalla batteria al fluido refrigerante utilizzato all'interno di un sistema di raffreddamento a liquido. Le piastre di raffreddamento liquido lavorano in tandem con materiali ingegnerizzati per fornire un'efficace protezione termica multistrato nelle batterie EV. Ad esempio, Boyd laminato il nastro dielettrico in poliestere sulla parte superiore di una piastra fredda con un liner di rilascio per un facile montaggio. Il nastro è un'alternativa alla verniciatura a polvere e fornisce un ulteriore strato di isolamento elettrico in modo che gli sviluppatori di prodotti non debbano preoccuparsi di archi, cortocircuiti o tensioni di scintilla che potrebbero innescare un incendio.
Soluzioni per pacchi batteria
Più moduli batteria sono assemblati insieme per creare un pacco batteria. Questo è il più alto "livello" di costruzioni di batterie.
Isolatori elettrici - Boyd specifica e confeziona su misura una vasta gamma di materiali elettricamente isolanti con nastri termoconduttivi per proteggere i pacchi batteria dalla tensione delle scintille, creare barriere di fiamma per isolare il fuoco e prevenire il surriscaldamento dei pacchi batteria. Ogni OEM e pacco batteria utilizza un diverso tipo di isolante elettrico con sistema adesivo in base al design individuale e alle esigenze prestazionali. La maggior parte degli isolanti elettrici sono a base di polimeri a film sottile, con materie prime in policarbonato, polipropilene o poliimmide. Adesivi a base epossidica, vari adesivi poliuretanici, nastri in schiuma acrilica e nastri strutturali sono laminati su pellicole elettricamente isolanti per facilitare il processo di assemblaggio, far aderire gli isolatori ai pacchi batteria e creare un percorso termicamente conduttivo attraverso o intorno all'isolatore elettrico.
Cuscinetti di compressione - Oltre ad essere utilizzati a livello di cella e modulo, i cuscinetti di compressione proteggono anche i pacchi batteria. Gli stessi tipi di schiume e altri materiali vengono aggiunti alla struttura del pacco batteria per fornire una maggiore protezione dagli urti e dalla fuga termica. Questi componenti riducono l'impatto negativo dell'attrito, del movimento meccanico e delle forze di rigonfiamento.
Guarnizioni e guarnizioni - La sigillatura degli alloggiamenti o dell'alloggiamento delle batterie EV è fondamentale per proteggere i pacchi batteria, i moduli e le celle dall'intrusione di liquidi, gas e particolato. Materiali speciali e guarnizioni intelligenti design impermeabile e sigillano gli alloggiamenti delle batterie EV per proteggere i componenti sensibili della batteria dalla contaminazione e dai detriti stradali. Aiutano anche a eliminare le sfide di rumore, vibrazioni e durezza (NVH) per ottimizzare l'affidabilità, le prestazioni e l'esperienza del conducente. Boyd ingegneri assicurano che tutti i materiali delle guarnizioni e delle guarnizioni e i loro adesivi corrispondenti alle prestazioni siano abbastanza resistenti da resistere alle temperature cicliche all'interno dell'ambiente della batteria e alle difficili condizioni stradali e meteorologiche intorno all'alloggiamento della batteria senza compromettere le prestazioni. Le guarnizioni dell'alloggiamento della batteria EV di Boyd sono progettate per semplificare l'assemblaggio del cliente, la produttività del design for manufacturing (DFM), l'ottimizzazione dei materiali e sono robuste per resistere a condizioni stradali difficili. Ciò garantisce che il pacco batterie mantenga un ambiente operativo ottimale per prevenire il runaway termico durante la vita del veicolo.
Piastre frigorifere liquide - Analogamente alle nostre soluzioni per il livello del modulo, Boyd sviluppa soluzioni di piastre fredde liquide ottimali per i pacchi batteria EV. Le piastre fredde possono essere laminate con nastri dielettricamente isolanti per fornire protezione elettrica e forti legami con altri componenti assemblati. I design delle piastre di raffreddamento liquido che sbloccano le massime prestazioni termiche creano il trasferimento di calore più efficiente dal punto di vista termico al sistema di raffreddamento a liquido del veicolo. Ciò significa che gli OEM possono progettare cicli di ricarica più rapidi, batterie più potenti ed estendere l'intervallo di carica per i proprietari di veicoli, riducendo al contempo il rischio di fuga termica e migliorando la sicurezza del pacco batterie EV.
Lavorare con esperti di eMobility
La sicurezza e le prestazioni delle batterie EV sono fondamentali per differenziare un veicolo elettrico e guadagnare quote di mercato tra una rete crescente di concorrenti. Il runaway termico è una chiave importante nella progettazione sicura della batteria EV. Gli OEM e i progettisti di veicoli elettrici affrontano la risoluzione dei problemi di fuga termica in modi diversi. Alcuni utilizzano prodotti TRP di tipo meccanico che sono imbullonati nella batteria, altri posizionano i materiali TRP sotto il coperchio dell'alloggiamento del pacco batteria, mentre altri progettano soluzioni TRP tra celle o moduli della batteria. Non esiste un approccio standard del settore, unico per tutti, per la progettazione intelligente della protezione termica fuori controllo. Ma Boyd ha risolto le sfide TRP in una moltitudine di diversi progetti e approcci alle batterie, il che significa che siamo investiti nella ricerca e nello sviluppo TRP con tecnologie testate sul campo che puoi sfruttare per ottimizzare le soluzioni TRP per il tuo approccio unico alla progettazione delle batterie.
Man mano che gli standard del settore, le esigenze di produzione e le richieste dei clienti cambiano, migliora le prestazioni, la sicurezza, l'efficienza e l'affidabilità della batteria con soluzioni TRP intelligenti ottimizzate per te e le tue esigenze applicative. Sfrutta un partner di fiducia con l'innovazione pianificata per evolvere per soddisfare nuovi requisiti e capacità produttiva per scalare con te mentre lanci l'introduzione di nuovi modelli.
Boyd è un consulente di fiducia per gli OEM di eMobility e i fornitori Tier 1, aiutando alcuni dei migliori marchi del settore a migliorare la progettazione delle batterie e prevenire o proteggere dal runaway termico. Le nostre tecnologie sono installate in oltre 2 milioni di veicoli eMobility e abbiamo più di 60 anni di esperienza comprovata sul campo nel settore automobilistico. Siamo Trusted Innovation. L'innovativa risoluzione dei problemi di Boyd, la vasta esperienza nei materiali, la prototipazione rapida e la produzione scalabile replicata nelle regioni globali in cui operi, accelerano il time-to-market e l'introduzione di nuovi modelli. La produzione di camere bianche e le strutture certificate ISO 16949 per il sistema di gestione della qualità automobilistica in tutto il mondo migliorano la qualità, l'affidabilità, la sicurezza e la ripetibilità dei prodotti. Siamo anche un convertitore globale 3M™ Preferred, il che significa che abbiamo il primo accesso all'innovazione dei materiali leader.
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