Ultradünnes Wärmesperrmaterial zum Schutz vor Zell-zu-Zell-Thermal-Runaway in Hochleistungsbatteriepacks für Elektro-Nutzfahrzeuge
Projekthintergrund
Ein führender Hersteller von Nutzfahrzeugen entwickelte ein Batteriepaket mit hoher Energiedichte für elektrische Langstrecken-Lkw. Das hochintegrierte Fahrgestelldesign und die kompakte Batteriearchitektur ließen nur äußerst wenig Platz zwischen den prismatischen Batteriezellen für thermische Schutzmaterialien.
Während der Entwicklung des Batteriepacks stellte der Kunde fest, dass aerogelbasierte Wärmebarrieren innerhalb der verfügbaren Einbaustärke nicht die erforderliche Wärmeschutzleistung erzielen konnten. Daher wurde ein ultradünnes Dämmmaterial benötigt, das eine hervorragende Wärmeisolierung bietet, ohne die Größe des Batteriepacks zu erhöhen oder die Energiedichte zu beeinträchtigen.
Herausforderungen des Kunden
Für das Batteriepack wurde ein Wärmeschutzmaterial benötigt, das folgende Anforderungen erfüllt:
- Hervorragende Wärmeisolierung bei einer Einbaustärke von ≤1 mm;
- Wirksame Verzögerung der thermischen Ausbreitung von Zelle zu Zelle im Falle eines Thermal Runaway;
- Minimale Auswirkungen auf das Gewicht und die volumetrische Energiedichte des Batteriepacks;
- Stabile mechanische Eigenschaften während des Batteriebetriebs sowie der Lade- und Entladezyklen;
- Unterstützung der automatisierten Batteriepackmontage und der Großserienfertigung.
Unicorn-Lösung
Unicorn lieferte einen kundenspezifischen mikroporösen Dämmkern mit einer Dicke von 0,8 mm, der die Anforderungen des Kunden hinsichtlich Wärmeisolierung im Heizplattentest sowie Flammenbelastung erfolgreich erfüllte. Nach der Laminierung mit einer PET-Folie erreichte die komplette Wärmebarriere eine Gesamtdicke von weniger als 1 mm und bot gleichzeitig einen hervorragenden Wärmeschutz sowie die Eignung für die automatisierte Montage von Batteriepacks.
Kundenvorteile
Hervorragender Schutz vor Thermal Runaway
Die ultradünne mikroporöse Isolierung bietet eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Wärmedämmung mit einer maximalen Dauereinsatztemperatur von 1200 °C und einer Wärmeleitfähigkeit von ≤0,038 W/m·K bei einer mittleren Temperatur von 800 °C. Dadurch wird die thermische Ausbreitung zwischen benachbarten Batteriezellen wirksam reduziert.
Ermöglicht Batteriepacks mit höherer Energiedichte
Die Lösung ist in ultradünnen Ausführungen bis hin zu 0,8 mm erhältlich und bietet selbst bei äußerst begrenztem Bauraum einen wirksamen Wärmeschutz. Dadurch lässt sich die Energiedichte des Batteriepacks maximieren, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
Ultradünnes Design mit zuverlässiger Großserienfertigung
Der fortschrittliche Fertigungsprozess von Unicorn ermöglicht die Herstellung ultradünner mikroporöser Dämmplatten mit einer Dicke von 0,8 mm sowie hervorragender Dickenkonstanz und stabiler Wärmeleistung. Optimierte Materialrezepturen und Fertigungsverfahren sorgen zudem für eine höhere Flexibilität und bessere Handhabung während der Montage und unterstützen eine zuverlässige Serienproduktion sowie eine effiziente Fertigung von Batteriepacks.
Mikroporöses Wärmesperrmaterial zum Schutz vor Zell-zu-Zell-Thermal-Runaway in stationären Batteriespeichersystemen (BESS) im Utility-Maßstab
Projekthintergrund
Ein führender Systemintegrator für Energiespeicher entwickelte ein containerisiertes Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystem (BESS) für internationale Stromnetzanwendungen. Der 20-Fuß-Container verfügte über eine rackbasierte Batteriearchitektur mit einer Kapazität von 5 MWh und hochdicht angeordneten 314-Ah-LFP-Zellen. Da die Batteriekapazität innerhalb des unveränderten Containerformats kontinuierlich zunahm, benötigte der Kunde eine ultradünne Wärmebarriere, die eine höhere Wärmedämmleistung bietet, ohne die Energiedichte oder die Systemintegration zu beeinträchtigen.
Herausforderungen des Kunden
Die Batteriearchitektur erforderte eine thermische Zwischenschicht, die folgende technische Anforderungen erfüllt:
- Gesamte Zell-zu-Zell-Isolationsdicke von ≤1,5 mm;
- Wärmeleitfähigkeit von ≤0,05 W/m·K unter Hochtemperaturbedingungen;
- Stabiles Kompressionsverhalten zur Aufnahme der Ausdehnung und Schrumpfung der Batteriezellen während langfristiger Lade- und Entladezyklen;
- Unterstützung einer hochautomatisierten Fertigung und Batteriemodulmontage;
- Zuverlässige Materialversorgung in großen Stückzahlen für den Einsatz in stationären Energiespeichersystemen im Utility-Maßstab.
Unicorn-Lösung
Unicorn lieferte einen kundenspezifischen mikroporösen Dämmkern TT 1000 Classic LB mit einer Dicke von 1,35 mm, der speziell entwickelt wurde, um die Anforderungen des Kunden an Wärmeisolierung und mechanische Eigenschaften für den Zell-zu-Zell-Wärmeschutz zu erfüllen. Das Material bestand erfolgreich den vom Kunden vorgegebenen Flammenbelastungstest bei 1200 °C sowie den Heißkompressionstest bei 675 °C und bewies dabei eine hervorragende Hochtemperatur-Wärmedämmung sowie eine ausgezeichnete strukturelle Stabilität. Darüber hinaus wurde der Dämmkern für nachgelagerte Laminierungs-, Kapselungs- und Weiterverarbeitungsprozesse optimiert, sodass er sich nahtlos in die Fertigungslinie des Kunden integrieren ließ.
Kundenvorteile
Zuverlässiger Wärmeschutz für stationäre Energiespeichersysteme im Utility-Maßstab
Der mikroporöse Dämmkern bietet auch unter extremen Hochtemperaturbedingungen eine stabile Wärmedämmleistung und kombiniert eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit mit einer äußerst niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Dadurch können Batteriehersteller effektive Zell-zu-Zell-Wärmeschutzkonzepte für großskalige Energiespeichersysteme realisieren.
Hervorragende Kompatibilität mit nachgelagerten Fertigungsprozessen
Der mikroporöse Dämmkern kann hinsichtlich Dicke, Abmessungen und mechanischer Eigenschaften individuell an unterschiedliche Batteriemoduldesigns angepasst werden. Seine sehr gute Verarbeitbarkeit gewährleistet die Kompatibilität mit kundenspezifischen Kapselungs-, Laminierungs- und Weiterverarbeitungsprozessen und bietet maximale Flexibilität für verschiedenste Wärmebarrierelösungen.
Konstante Materialqualität für die Großserienfertigung
Ein robuster und stabiler Fertigungsprozess gewährleistet über alle Produktionschargen hinweg eine gleichbleibende Dicke, konstante Wärmedämmeigenschaften und eine hohe Maßgenauigkeit. Dadurch werden eine zuverlässige Materialversorgung und effiziente nachgelagerte Fertigungsprozesse für die Herstellung großskaliger Energiespeichersysteme sichergestellt.
Unterstützung sicherer und kompakter Energiespeichersysteme
Durch die Kombination aus hoher Temperaturbeständigkeit, hervorragender Wärmedämmleistung und ultradünnem Aufbau unterstützt das Material Batterieentwickler dabei, thermische Sicherheit und optimale Raumausnutzung in Energiespeichersystemen der nächsten Generation mit hoher Kapazität in Einklang zu bringen.
