Des barrières 3D personnalisables empêchent l’emballement thermique des véhicules électriques

Stephen Moore | 24 août 2023

Les batteries lithium-ion à haute densité énergétique et améliorant l’autonomie augmentent le risque d’emballement thermique. À titre préventif, Freudenberg Sealing Technologies a développé des barrières thermiques fabriquées par moulage par injection et extrusion qui contribuent à ralentir l'emballement thermique en augmentant la résistance à la propagation. Les nouvelles barrières thermiques tridimensionnelles (3D) peuvent être utilisées à différents endroits de la batterie et ont déjà fait leurs preuves lors de leurs premières productions en série.

Plus de 100 millions de voitures électriques devraient circuler sur les routes du monde d’ici 2030. Pour rendre l’électromobilité plus efficace à l’avenir, de nombreux constructeurs s’efforcent d’atteindre des autonomies plus élevées et des temps de recharge plus courts. C'est pourquoi les batteries hautes performances constituent l'une des priorités de ce développement. Mais dans les batteries lithium-ion, une densité énergétique plus élevée augmente le risque d’emballement thermique. Freudenberg Sealing Technologies a développé des barrières thermiques pour cet environnement difficile, ralentissant voire arrêtant l'emballement thermique en augmentant la résistance à la propagation thermique.

"Ce qui est complètement nouveau, c'est que les barrières thermiques sont désormais également disponibles dans des géométries 3D flexibles et personnalisées, ce qui permet de les utiliser à divers endroits au sein de la batterie et permet l'intégration de composants supplémentaires", a déclaré Andrew Espinoza, vice-président mondial. , technologie, de la division Oil Seals Powertrain & Driveline de Freudenberg Sealing Technologies.

L'emballement thermique, c'est-à-dire l'inflammation ou l'explosion d'une cellule de batterie provoquée par un processus de chauffage auto-renforcé, constitue un problème de sécurité important. Cela peut être dû à une série de facteurs internes et externes, tels qu'une surcharge, une décharge excessive, des dommages ou un échauffement de la batterie. L'emballement thermique libère non seulement des flammes et des gaz chauds, mais également des particules électriquement conductrices. Ceux-ci peuvent à leur tour provoquer une propagation thermique dans les cellules adjacentes et conduire à des courts-circuits dans le système électrique. Les barrières thermiques agissent comme des couches de protection qui ralentissent, voire empêchent la propagation de la chaleur et des flammes dans la batterie, ce qui augmente considérablement la sécurité.

Au-delà des barrières bidimensionnelles existantes, telles que les tapis plats et les couvertures thermiques, la variante 3D ouvre de toutes nouvelles possibilités. Les géométries 3D spécifiques au client peuvent être produites dans une variété de processus de fabrication à haut et à faible volume, tels que le moulage par injection et l'extrusion continue. Les joints profilés, les séparateurs de modules et les couvercles, notamment pour les barres omnibus, les conduites de refroidissement ou les composants électriques, sont des exemples de produits actuellement fabriqués. De plus, les géométries 3D complexes fabriquées sont légères et ont un impact minimal sur le poids total de la batterie.

Les experts en matériaux de Freudenberg Sealing Technologies ont développé des matériaux d'isolation thermique, électrique et résistants à la chaleur spécifiquement pour ces applications. Les tests de ces matériaux ont été réalisés en interne, prouvant qu'ils peuvent résister en toute sécurité à des températures allant jusqu'à 1 200°C. Des compositions spéciales rendent ces polymères composés très résistants à la chaleur. Cela les rend également résistants aux impacts de particules, tels que ceux qui se produisent lorsque les cellules sont ventilées. Les barrières thermiques 3D utilisent des solutions élastomères, sous forme solide ou sous forme de mousse, ainsi que des composants en plastique moulés en Quantix Ultra, ce qui permet des géométries complexes.

Les composés Quantix Ultra sont des thermoplastiques semi-cristallins avec des températures de transition vitreuse nettement plus élevées que les thermoplastiques conventionnels. Cependant, une fois la température de transition vitreuse dépassée, au lieu de fondre, le matériau devient élastique. Lors d’un test en laboratoire, un échantillon du matériau de moins d’un millimètre d’épaisseur a survécu pendant 10 minutes dans une flamme atteignant une température de 1 200°C.

« Les barrières thermiques tridimensionnelles et les matériaux utilisés ont subi des tests approfondis qui dépassent les normes requises. Ils ont prouvé leurs performances et leur fiabilité exceptionnelles lors de tests sur banc ainsi que lors de tests de systèmes de batteries. Les produits répondent aux normes de qualité les plus élevées, sont certifiés selon la norme UL 94 V-0 et sont déjà utilisés avec succès dans la première production en série pour l'industrie automobile », a déclaré Espinoza.