3D hőszigetelő megoldás HV akkumulátorok részére a Freudenbergtől

A HV akkumulátorokban a hőterjedés leállítása, a biztonság, a teljesítményoptimalizálás, a súlycsökkentés és az extrém hőállóság mára az alapkövetelmények részévé váltak. A német Freudenberg Sealing Technologies által kifejlesztett 3D hőszigetelések segítenek lassítani vagy akár megállítani a hőterjedést a magasabb energiasűrűségű lítium-ion akkumulátorokban.

A 3D hőszigeteléseket különböző pozíciókban lehet alkalmazni az akkumulátoron belül és már bizonyították megbízhatóságukat az első sorozatokban. 2023-ra világszerte több mint 100 millió elektromos autó az ambíciószint, emellett a nagyobb hatótávolság és rövidebb töltési idők miatt is a nagy teljesítményű akkumulátorok prioritást élveznek.

A lítium-ion akkumulátorokban a nagyobb energiasűrűség növeli a hőterjedés kockázatát. Ennek  kezelésére a Freudenberg Sealing Technologies hőszigeteléseket fejleszt.

„Az újdonság az, hogy a hőszigetelések most testreszabott, rugalmas 3D geometriákban is elérhetők, amelyek lehetővé teszik felhasználásukat az akkumulátor különböző pozícióiban és lehetővé teszik további komponensek integrálását is” - mondta Andrew Espinoza, a Freudenberg Sealing Technologies Oil Seals Powertrain & Driveline Division globális technológiai alelnöke.

A már létező kétdimenziós hőszigetelők mellett, mint például szőnyegek és hőszigetelő takarók, a 3D változat háromdimenziós geometriákat kínál, amelyeket különféle magas és alacsony gyártási volumenű folyamatokban lehet előállítani, például öntvényezéssel és folyamatos extruzióval. Profil tömítések, modul szeparátorok és fedelek, beleértve a buszcsíkokhoz, hűtővonalakhoz vagy elektromos komponensekhez tartozókat is. Egy másik előny: a gyártott, komplex 3D geometriák könnyűek és minimális hatással vannak az akkumulátor teljes súlyára.

A Freudenberg saját fejlesztésű hőszigetelő anyagai biztonságosan elviselik az akár 1200°C hőmérsékletet is. Az összetett polimerek kivételesen hőállóvá és ellenállóvá teszi őket, a 3D hőszigetelések szilárd vagy hab formájú elastomer megoldásokat használnak, valamint Quantix Ultra® anyagukat, amely lehetővé teszi a komplex geometriák kialakítását. A Quantix Ultra®, a Freudenberg szintén saját fejlesztésű anyaga, amely nem gyullad meg és nem olvad el extrém hőmérsékletek esetén és könnyen feldolgozható fröccsöntéssel. Ezek a jellemzők korábban nem voltak kompatibilisek a műanyagok világában.

Az összetett polimerek alkalmazása a 3D hőszigetelésekhez több szempontból előnyös:

Hőállóság: A hőterjedés a HV akkumulátorokban láncreakciót jelent, amely akkor következhet be, amikor egy akkumulátorban a hőmérséklet felmegy, akár az égési pontig is - talán egy ütközés és egy utána következő rövidzárlat után. Az összes lítium-ion cella közelében lévő összetevőnek el kell viselnie a már említett 1200 °C hőmérsékletet a specifikáció több mint 5 percig, hogy a jármű utasainak idejük legyen elhagyni a járművet.

Minden műanyag alkatrész, amelyet az akkumulátor közelében telepítenek, ideértve a hűtőfolyadékot szállító csöveket is, meg kell feleljenek ezeknek a szigorú tűzállósági követelményeknek.

Az összetett polimerek olyan anyagok, amelyek rendkívüli módon ellenállnak a magas hőmérsékletnek. Ez a tulajdonság lehetővé teszi számukra, hogy hatékonyan szigeteljék az akkumulátorokat a magas hőmérsékletekkel szemben és megelőzzék a hőterjedést.
 

Műanyagtípusok jellemzői

Azoknak, akik jobban meg akarják érteni a Quantix® ULTRA mögötti innovációt, érdemes áttekinteni a három fő műanyagtípus jellemzőit. A hőre lágyuló műanyagok kemények és törékenyek és miután megkeményedtek, nem lehet őket hőhatással alakítani. Az elasztomerek rugalmasan deformálhatók feszültség és nyomás alatt. Egyik típus sem olvad, viszont szétesnek, ha túlmelegednek. A hőre lágyuló műanyagokat a kémiai szerkezetüknek köszönhetően egy bizonyos hőmérsékleti tartományon belül meg lehet olvasztani - akár annyiszor, ahányszor szükséges.

"Mélyreható kutatás és a Freudenberg teljes körű együttműködése révén sikerült anyagunkat olyan termékek készítésére használni, amelyek gazdaságosan gyárthatók nagy mennyiségben és nem olvadnak el a későbbi alkalmazás során nagyon magas hőmérsékleteken," - mondta Dr. Björn Hellbach, a Freudenberg Technology Innovation (FTI) kémikusa és projektmenedzsere.  Ez az innovatív anyag lehetővé teszi az injekciós fröccsöntéssel készült alkatrészek használatát, amelyeket normál hőre lágyuló műanyagokkal nem lehet elérni és a tűzálló hőre lágyuló műanyagokat is felülmúló tűzállóságot nyújt tűz esetén. Mindezt egyetlen anyagban.

Rugalmas alkalmazhatóság: Az elastomer megoldások lehetővé teszik a hőszigetelés szilárd és hab formában történő alkalmazását. Ez rugalmasságot biztosít a tervezésben, mivel lehetőséget nyújt az akkumulátorok különböző részein történő alkalmazásra. Az összetett polimerek alkalmazásával a hőszigetelés könnyen formázható és testreszabható a kívánt alkalmazáshoz.

Komplex geometriák kialakíthatósága: A műanyag alkatrészek, például a Quantix Ultra®, lehetővé teszik a bonyolult és testreszabott 3D geometriák kialakítását. Ez lehetővé teszi az akkumulátorok hatékonyabb szigetelését, mivel a hőszigetelő rendszert pontosan a szükséges területekre lehet helyezni.

A Freudenberg Sealing Technologies 3D hőszigetelésekkel innovatív terméket vezetett be, amely növeli az elektromos autók biztonságát és csökkenti a jövőbeli akkumulátorrendszerek hőterjedésének kockázatát. A Freudenberg partnerként működik az autóiparban, összehozva a piacspecifikus szakértelmet az anyagok, a technológia és a fejlesztés területén, így vezető szerepet játszik az elektromobilitás fejlesztésében.

Az elektromos járművek teljesítményoptimalizálása kiemelten fontos a fenntartható közlekedés terén. Az elektromos járművek akkumulátorai kulcsfontosságúak a jármű teljesítményének és hatótávolságának szempontjából. Az 3D hőszigetelők alkalmazása hatékonyan növelheti a teljesítményt, elősegítve az energiatakarékosságot és a hatótávolság növekedését. Emellett az 3D hőszigetelők segíthetnek optimalizálni a hőkezelést az akkumulátorban, ami tovább javíthatja az akkumulátorok teljesítményét és élettartamát. A könnyű anyagokból készült 3D hőszigetelők továbbá hozzájárulnak az elektromos járművek súlycsökkentéséhez, ami javíthatja a tüzelőanyag-hatékonyságot és a jármű teljesítőképességét.

Forrás: magazine.freudenberg.com, electrichybridvehicletechnology.com