円筒形バッテリーセルのフォームカプセル化

バッテリーの基本的な目的の1つは、できるだけ小さなスペースに多くの電力を詰め込むことです。これは簡単なことのように聞こえるが、電力密度が高まるにつれて新たな課題が生じるのが現実です。バッテリーの密度が高くなればなるほど、特に故障発生時に、狭いスペースでより多くの熱が発生するのです。

あらゆる故障条件下でも安全性を維持できる高性能バッテリーモジュールを設計するには、熱管理に細心の注意を払う必要があります。適切な熱管理手法に加え、バッテリーエンジニアは、より優れた保護を提供するためにインタースティシャルなカプセル化手法を使用しています。

モジュールアセンブリプロセスにおけるこの課題を克服するために、シリコーン、シリコーンフォーム、エポキシ、エポキシフォーム、ポリウレタンフォームなどの2液コンポーネント材料を混合し、モジュールへ吐出して、各セル間の空間空洞を充填します。これらの特殊材料でセルをカプセル化することで、熱の空打ちや熱伝導を防ぎ、通常の使用条件下での機械的衝撃や振動を低減することができます。これらの機能強化により、安全性の向上、機械的安定性の向上、バッテリーの長期性能の向上が実現されています。

1つのセルが急速に劣化したり、バッテリーパックを貫通する可能性のある路上の物体など、危険な道路状況にさらされたりすると、熱の空打ちが生じるリスクがあります。モジュールの設計もこのリスクに影響を与えます。セルが近ければ近いほど、熱の空打ちが他のセルに伝播する可能性が高くなるのです。熱現象はセルからセルへと急速に広がり、壊滅的な故障を引き起こす原因となる可能性があります。これは電気自動車の運転手と同乗者にとって危険な状況です。

電気自動車の通常の運転中、バッテリーモジュールは外部からの衝撃や振動といった過酷な路面条件や環境条件にさらされます。こうした衝撃や振動は機械的応力を引き起こす原因となり、バッテリーのコンポーネントを変形させたり破損させたりする可能性を高めます。結局のところ、機械的な衝撃や振動が軽減されないと、モジュールの信頼性、寿命、安全性に悪影響を及ぼします。

リチウムイオンバッテリーは、主に充電サイクル中のオフガスによって、時間とともに膨張する傾向があります。各セルの典型的な非線形エージングは、各セル間の意図しない機械的干渉を引き起こす可能性があり、これは性能を低下させ、機械的故障につながる可能性があります。シリンダーが膨張すると、隣接するセルに不要な圧力がかかり、最終的にバッテリーの寿命に影響します。

フォームのカプセル化は、前述の課題に対処するために非常に重要です。熱伝導を防ぎ、パックの各セルを機械的に固定するためです。しかし、材料の加工と塗布は、さらなる懸念を生む可能性があります。2液コンポーネントの比率が不適切であったり、ブレンドが不適切であったりすると、フォームが不均一になり、性能に影響を及ぼす可能性があるのです。また、液の送出の際に、材料の量が不足したり過剰になったりする可能性があり、その結果、製品が失われることがあります。

各リチウムイオンバッテリーの設計には独自の機能と要件があり、グラコでは違いのはっきりしている各モデルに対応する吐出ソリューションを見つけるよう努力しています。当社は、モジュールに正確な量の材料を均等に吐出するために、適切な流量と吐出注入ポイントを特定することができます。また、生産効率を向上させるために、バッテリーモジュールにフォームを確実かつ繰り返し吐出するために、連続フローで材料の均質なブレンドを確保することができます。