맞춤형 3D 배리어로 EV의 열 폭주 방지

스티븐 무어 | 2023년 8월 24일

주행 거리가 향상된 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리는 열폭주 위험을 증가시킵니다. 예방 조치로서 Freudenberg Sealing Technologies는 전파에 대한 저항을 증가시켜 열 폭주 속도를 늦추는 데 도움이 되는 사출 성형 및 압출로 제조된 열 장벽을 개발했습니다. 새로운 3차원(3D) 열 장벽은 배터리 내의 다양한 위치에 사용할 수 있으며 초기 시리즈 생산에서 이미 신뢰성이 입증되었습니다.

2030년까지 전 세계적으로 1억 대가 넘는 전기 자동차가 운행될 것으로 예상됩니다. 미래에 전기 이동성을 더욱 효율적으로 만들기 위해 많은 제조업체는 더 높은 주행 거리와 더 짧은 충전 시간을 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 이것이 바로 고성능 배터리가 이번 개발의 우선순위 중 하나인 이유입니다. 그러나 리튬 이온 배터리에서는 에너지 밀도가 높을수록 열 폭주 위험이 높아집니다. Freudenberg Sealing Technologies는 이러한 까다로운 환경을 위해 열 장벽을 개발하여 열 전파 저항을 높여 열 폭주 속도를 늦추거나 심지어 중지합니다.

"완전히 새로운 점은 이제 열 장벽을 맞춤형의 유연한 3D 형상으로도 사용할 수 있다는 점입니다. 이를 통해 배터리 내 다양한 ​​위치에서 사용할 수 있고 추가 구성 요소를 통합할 수 있습니다."라고 글로벌 부사장인 Andrew Espinoza는 말했습니다. , Freudenberg Sealing Technologies의 오일 씰 파워트레인 및 드라이브라인 부서의 기술입니다.

자기 강화 가열 과정으로 인해 배터리 셀이 점화되거나 폭발하는 열폭주(Thermal runaway)는 심각한 안전 문제입니다. 이는 과충전, 과방전, 배터리 손상, 발열 등 다양한 내부 및 외부 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 열 폭주는 화염과 뜨거운 가스뿐만 아니라 전기 전도성 입자도 방출합니다. 이는 결국 인접한 셀에 열 전파를 일으키고 전기 시스템의 단락을 일으킬 수 있습니다. 열 장벽은 배터리에 열과 화염이 퍼지는 것을 늦추거나 방지하는 보호층 역할을 하여 안전성을 크게 향상시킵니다.

플랫 매트, 보온 담요 등 기존의 2차원 장벽을 넘어 3D 변형은 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다. 고객 맞춤형 3D 형상은 사출 성형 및 연속 압출과 같은 다양한 대량 및 소량 제조 공정에서 생산될 수 있습니다. 버스 바, 냉각 라인 또는 전기 부품을 포함한 프로파일 씰, 모듈 분리기 및 커버는 현재 생산되는 제품의 예입니다. 또한 제조된 복잡한 3D 형상은 가볍고 배터리 전체 무게에 미치는 영향을 최소화합니다.

Freudenberg Sealing Technologies의 재료 전문가들은 이러한 응용 분야를 위해 특별히 내열성, 전기 및 단열 재료를 개발했습니다. 이러한 재료에 대한 테스트는 사내에서 완료되었으며 최대 1,200°C의 온도를 안전하게 견딜 수 있음이 입증되었습니다. 특수한 구성으로 인해 이러한 복합 폴리머는 내열성이 뛰어납니다. 또한 세포가 환기될 때 발생하는 것과 같은 입자 충격에 대한 저항성을 갖게 합니다. 3D 열 장벽은 고체 형태 또는 폼 형태의 엘라스토머 솔루션과 복잡한 형상을 가능하게 하는 Quantix Ultra로 성형된 플라스틱 구성 요소를 활용합니다.

Quantix Ultra 컴파운드는 기존 열가소성 수지보다 유리 전이 온도가 상당히 높은 반결정성 열가소성 수지입니다. 그러나 유리전이온도를 초과하면 재료가 녹지 않고 탄성을 갖게 됩니다. 한 실험실 테스트에서 두께가 1mm 미만인 재료 샘플은 1,200°C의 온도에 도달하는 화염 속에서 10분 동안 생존했습니다.

“3차원 열 장벽과 활용된 재료는 필수 표준을 초과하는 광범위한 테스트를 거쳤습니다. 벤치 테스트는 물론 배터리 시스템 테스트에서도 뛰어난 성능과 신뢰성을 입증했습니다. 이 제품은 최고 품질 표준을 충족하고 UL 94 V-0에 따라 인증되었으며 이미 자동차 산업의 초기 시리즈 생산에 성공적으로 사용되고 있습니다.”라고 Espinoza는 말했습니다.