BOYD가 EV 배터리 어셈블리의 모든 수준에서 열 폭주를 방지하는 방법

전기 자동차에 대한 수요는 최근 몇 년 동안 급격히 증가했으며 많은 OEM이 생산 요구 사항을 충족하기 위해 분주하게 움직이고 있습니다. 자동차에만 국한된 것이 아닙니다. 전기 스쿠터에서 다용도 차량, 레저용 차량 등에 이르기까지 EV 생산이 전반적으로 증가하고 있습니다.

차세대 전기 자동차를 만들기 위해 엔지니어들은 전력 밀도를 높이고 배터리를 더 작고 가볍게 만들어 범위와 효율성을 개선하고 더 많은 설계 자유를 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 그러나 전력이 증가하면 열 폭주 사건과 화재의 위험이 증가합니다. 따라서 OEM은 사용자 안전을 보장하면서 증가하는 시장 수요를 충족하기 위해 효과적인 열 폭주 보호(TRP) 솔루션을 개발해야 합니다.

현재 열 폭주 보호 표준에 대한 명확한 규정이 부족합니다. 그러나 업계 전반에 걸쳐 많은 OEM이 "5분 규칙"을 표준으로 채택하고 있으며, 이는 열 폭주 이벤트가 발생하면 승객이 차량이 완전히 휩싸이기 전에 차량에서 내릴 수 있는 5분의 시간을 의미합니다.

규제 요구 사항은 배터리 기술의 변화에 따라 진화할 것으로 예상되지만, OEM 및 배터리 공급업체는 현재와 미래의 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수 있고 안전한 TRP 솔루션을 설계하고 제조하는 데 도움이 되는 열 폭주 보호 전문 지식을 갖춘 기술 파트너가 필요합니다.

BOYD는 파우치 셀, 원통형 셀 및 각형 셀 배터리를 포함한 여러 배터리 유형을 위한 강력한 TRP 솔루션을 만듭니다. TI의 TRP 전문 지식은 배터리 모듈 및 전체 배터리 팩으로 확장되어 모든 유형 및 수준의 EV 배터리 설계에 대한 신뢰할 수 있는 솔루션을 만듭니다. 이 백서에서는 BOYD가 제공하는 다양한 열 폭주 솔루션 유형과 EV 배터리 응용 제품을 위해 이러한 제품을 최적화하는 데 사용되는 재료 및 변환 서비스를 살펴봅니다.

배터리 셀 솔루션

EV 배터리 셀에는 파우치 셀, 원통형 셀 및 각형 셀의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 각각은 고유한 장점과 단점, 제조 및 설계 고려 사항이 있습니다. 열 폭주 보호는 이러한 설계에 맞게 조정되어야 합니다

파우치 셀

파우치 셀은 유연한 재료를 사용하여 만들어지며 단단한 구조가 없습니다. 대신, 그들은 일반적으로 호일 재료를 사용하여 세포가 들어 있는 주머니를 만듭니다. 이렇게 하면 배터리의 전체 무게가 줄어들고 더 많은 설계 자유가 제공됩니다.

압축 패드 - 압축 패드는 전지가 배터리 온도 주기에 따라 팽창하고 압축되는 경향이 있기 때문에 파우치 셀 배터리에 중요합니다. 압축 패드는 세포 사이에 끼워져 세포가 팽창하고 압축될 때 세포에 일정한 양의 압력을 가합니다. 일정한 압력이 없으면 배터리가 비활성 기간 동안 천천히 전력을 잃는 "뱀파이어 드레인"이 발생하여 배터리 효율성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 이는 중요합니다. 압축 패드는 또한 열 폭주를 차단 또는 격리하고, 열 발생 마찰을 줄이며, 셀을 손상시키고 스파크 또는 단락 문제를 일으킬 수 있는 충격으로부터 셀을 보호함으로써 TRP를 돕습니다.

화염 차단 재료 - 열 폭주 보호 솔루션은 단일 구성 요소 또는 재료가 거의 없습니다. 종종 원료 조합은 각 재료의 최상의 특성을 활용하고 성능을 최적화하며 필요한 압축 변형 및 힘 편향을 달성하는 데 사용됩니다. BOYD는 운모 및 세라믹 섬유와 같은 난연성 소재를 보완적인 고성능 소재로 지정하여 다층 스택업을 만드는 전문가입니다. 3M™ 화염 차단지 FRB는 다양한 EV 배터리 응용 분야에 사용되는 또 다른 고온 재료입니다. 고밀도 재료는 더 높은 절연 내력, 향상된 테이프 접착을 위한 더 매끄러운 표면 및 폐쇄 셀 구조를 제공합니다. 에어로젤은 또한 TRP 솔루션에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

이러한 재료가 함께 제공되는 방법은 특정 응용 분야에 따라 다릅니다. 예를 들어, BOYD 엔지니어는 효과적인 열 장벽을 만들기 위해 두 층의 감압 접착제 사이에 에어로젤을 간단히 끼울 수 있습니다. 다른 경우에는 에어로젤의 양쪽에 양면 테이프를 추가 한 다음 상단 및 하단 레이어에 세라믹 또는 압축 용지 층을 추가하여보다 견고한 스택 업을 만들 수 있습니다. 솔루션은 가장 신뢰할 수 있고 안전하며 효과적이기 위해 정확한 애플리케이션 사양을 충족하도록 사용자 정의되고 최적화되어야 합니다.

BOYD 전문가는 OEM과 긴밀히 협력하여 차량 및 배터리 요구 사항을 이해합니다. 그런 다음 최적의 재료를 추천하고 맞춤 구성하여 맞춤형 고성능 TRP 솔루션을 만듭니다.

원통형 셀

원통형 셀은 양극, 분리기 및 음극으로 만들어지며 함께 쌓여 실린더 모양의 용기에 넣기 전에 말아 올립니다. 단일 AA 배터리가 이러한 유형의 구조의 좋은 예입니다.

셀 간 접합 솔루션 - BOYD는 셀을 서로 접합하는 데 경화 시간이 필요하지 않은 3M™의 광범위한 감압 접착제를 제공하여 EV 배터리 팩 어셈블리의 구조적 무결성을 향상시킵니다. 난연성 및 유전체 테이프는 즉각적인 강도로 접착되며 제조 환경에서 액체 접착제보다 작업하기가 더 쉽습니다. BOYD는 오염을 방지하고 TRP 솔루션을 배터리 모듈 및 팩에 효과적으로 조립하는 데 필요한 정밀도를 달성하기 위해 엄격한 허용 오차 및 청결도 제어를 통해 이러한 접착제 및 기타 접착제를 배터리 팩에 최적화된 맞춤형 솔루션으로 지정하고 제조합니다.

화염 차단 재료 - 파우치 셀과 마찬가지로 BOYD는 셀을 감싸고 장치 단락 또는 화재로 이어질 수 있는 내부 중요 구성 요소 사이의 스파크 전압을 방지하기 위해 화염 차단 및 단열 재료를 지정하고 사용자 정의하도록 구성합니다. 또한 갭 필러, 열 퍼티, 열 인터페이스 시트, 상 변화 재료 및 열 전도성 절연체를 포함한 TRP 솔루션을 향상시키기 위해 열 인터페이스 재료를 설계하고 지정합니다.

프리즘 셀

프리즘 셀은 양극, 음극 및 분리막이 모두 함께 끼워진 시트로 만들어진다는 점에서 원통형 셀과 유사합니다. 실린더에 굴러가는 대신 이러한 재료는 층으로 쌓이거나 압연된 다음 일반적으로 플라스틱 또는 금속으로 만들어진 단단한 하우징에 맞도록 압착됩니다.

OEM은 당사의 전문 지식과 역량을 활용하여 각형 셀이 있는 배터리를 위한 고성능 TRP 솔루션을 만듭니다. 다른 배터리 셀 유형과 함께 사용되는 동일한 유형의 압축 패드 및 화염 차단 재료 중 다수는 열 폭주 보호 기능을 추가하기 위해 각형 셀로 지정됩니다.

배터리 팩 솔루션

여러 배터리 모듈을 함께 조립하여 배터리 팩을 만듭니다. 이것은 배터리 구조의 가장 높은 "수준"입니다.

전기 절연체 - BOYD는 스파크 전압으로부터 배터리 팩을 보호하고, 화재를 차단하기 위한 화염 장벽을 만들고, 배터리 팩이 과열되는 것을 방지하기 위해 열 전도성 테이프로 광범위한 전기 절연 재료를 지정하고 맞춤화합니다. 각 OEM 및 배터리 팩은 개별 설계 및 성능 요구 사항에 따라 접착 시스템이 있는 다른 종류의 전기 절연체를 사용합니다. 대부분의 전기 절연체는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌 또는 폴리이미드 원료를 특징으로 하는 박막 폴리머 기반입니다. 에폭시 기반 접착제, 다양한 폴리우레탄 접착제, 아크릴 폼 테이프 및 구조용 테이프를 전기 절연 필름에 적층하여 조립 공정을 돕고, 절연체를 배터리 팩에 부착하고, 전기 절연체를 통과하거나 주변에 열 전도성 경로를 만듭니다.

압축 패드 - 셀 및 모듈 수준에서 사용되는 것 외에도 압축 패드는 배터리 팩을 보호합니다. 동일한 유형의 폼 및 기타 재료가 배터리 팩의 구조에 추가되어 향상된 충격 및 열 폭주 보호 기능을 제공합니다. 이러한 구성 요소는 마찰, 기계적 움직임 및 팽창력의 부정적인 영향을 줄입니다.

씰 및 개스킷 - EV 배터리 인클로저 또는 하우징을 밀봉하는 것은 배터리 팩, 모듈 및 셀을 액체, 가스 및 미립자 침입으로부터 보호하는 데 중요합니다. 특수 재료 및 스마트 개스킷 설계는 EV 배터리 하우징을 방수 및 밀봉하여 민감한 배터리 구성 요소를 오염 및 도로 파편으로부터 보호합니다. 또한 NVH(소음, 진동 및 불쾌감) 문제를 제거하여 신뢰성, 성능 및 운전자 경험을 최적화하는 데 도움이 됩니다. BOYD 엔지니어는 모든 개스킷 및 씰 재료와 성능 일치 접착제가 성능 저하 없이 배터리 환경 내의 사이클링 온도와 배터리 하우징 주변의 거친 도로 및 기상 조건을 견딜 수 있을 만큼 충분히 내구성이 있는지 확인합니다. BOYD의 EV 배터리 하우징 씰은 고객 조립, DFM(제조를 위한 설계) 처리량, 재료 최적화를 간소화하도록 설계되었으며 열악한 도로 조건을 견딜 수 있도록 견고합니다. 이를 통해 배터리 팩이 최적의 작동 환경을 유지하여 차량 수명 동안 열 폭주를 방지할 수 있습니다.

액체 냉각판 - 모듈 수준용 솔루션과 유사하게 BOYD는 EV 배터리 팩에 최적화된 액체 냉각판 솔루션을 개발합니다. 냉각판은 절연 테이프로 적층하여 전기적 보호 및 조립된 다른 구성 요소와의 강력한 결합을 제공할 수 있습니다. 최대 열 성능을 발휘하는 액체 냉각판 설계는 배터리 팩에서 차량의 액체 냉각 시스템으로 열을 가장 효율적으로 전달합니다. 즉, OEM은 더 빠른 충전 주기, 더 강력한 배터리를 설계하고 차량 소유자를 위한 충전 범위를 확장하는 동시에 열 폭주 위험을 줄이고 EV 배터리 팩 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

e모빌리티 전문가와의 협력

EV 배터리의 안전성과 성능은 전기 자동차를 차별화하고 성장하는 경쟁업체 네트워크에서 시장 점유율을 확보하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 열폭주는 안전한 EV 배터리 설계의 중요한 열쇠입니다. OEM 및 EV 설계자는 서로 다른 방식으로 열 폭주 문제를 해결하는 데 접근합니다. 일부는 배터리에 볼트로 고정된 기계식 TRP 제품을 사용하고, 다른 일부는 배터리 팩 하우징 덮개 아래에 TRP 재료를 배치하고, 다른 일부는 배터리 셀 또는 모듈 사이에 TRP 솔루션을 설계합니다. 스마트 열 폭주 보호 설계에 대한 업계 표준의 만능 접근 방식은 없습니다. 그러나 BOYD는 다양한 배터리 설계 및 접근 방식에서 TRP 문제를 해결했으며, 이는 배터리 설계에 대한 고유한 접근 방식에 맞게 TRP 솔루션을 최적화하는 데 활용할 수 있는 현장 테스트 기술을 통해 TRP 연구 및 개발에 투자하고 있음을 의미합니다.

산업 표준, 생산 요구 사항 및 고객 요구가 변화함에 따라 귀하와 귀하의 애플리케이션 요구 사항에 최적화된 스마트 TRP 솔루션을 통해 배터리 성능, 안전성, 효율성 및 신뢰성을 개선하십시오. 새로운 요구 사항을 충족하고 새로운 모델 도입을 가속화할 때 함께 확장할 수 있는 제조 능력을 개발하기 위해 혁신 로드맵핑을 통해 신뢰할 수 있는 파트너를 활용하십시오.

Boyd is a trusted advisor to eMobility OEMs and Tier 1 suppliers, helping some of the top brands in the industry improve battery design and prevent or protect against thermal runaway. Our technologies are installed in over 2 million eMobility vehicles and we have more than 60 years of field-proven experience in the automotive industry. We are Trusted Innovation. Boyd’s innovative problem solving, vast materials expertise, rapid prototyping and scalable manufacturing replicated in the global regions where you operate accelerate time to market and new model introduction. Cleanroom manufacturing and ISO 16949 automotive quality management system certified facilities around the world improve product quality, reliability, safety and repeatability. We are also a global 3M™ Preferred Converter, meaning we have first access to leading material innovation.