デュッセルドルフ、2023 年9月26日 – エンバリオは、試験片の厚さが非常に薄い場合でも、電気自動車用バッテリーハウジングの標準的な熱暴走試験に合格するTepexブランドの新しい複合材を提供しています。バッテリーセル火災の過酷な条件に対するこの複合材の高い耐～性 ex. Water resistance 耐水性は、多層構造で材料を強化する不燃性の長く連続した繊維に起因する可能性があります。「当社の構造材料が、1000°Cを優に超える極端な圧力、1000°Cを優に超える温度、バッテリーセルの熱暴走中に発生する研磨性の高温粒子による衝撃に耐えることができるのは、繊維のすべてののおかげです。これが、セルハウジング、ホルダー、パーティションなどのバッテリー内部のコンポーネントにも最適である理由です」と、Tepex® 製品管理の責任者であるDirk Bonefeld博士は述べています。
バッテリーセル火災の効果的な封じ込め
車載バッテリーセルは、電気の誤動作、過熱、機械的損傷などの要因の結果として、発熱化学反応が発生して火災につながるリスクがあります。このプロセスは「熱暴走」として知られています。火が1つのセルから次へ進むに広がる場合、これは「熱伝播」として知られています。火災が車両全体に広がって乗員を危険にさらさないように、あらゆる努力を払う必要があります。これが、バッテリーハウジングが火災を封じ込める上で重要な役割を果たす理由です。熱暴走試験は、火災が発生したときにバッテリーハウジングがさらされる極端なストレスをシミュレートします。「当社の新しい複合材は、UL 2596に準拠したBETR試験など、この不測の事態に対応する標準試験を、わずか2mm以下の試験片の厚さで合格することができます」とBonefeld氏は述べています。BETRは「バッテリーエンクロージャーの熱暴走」の略です。また、この材料はわずか2mmの壁厚でも、産業用火災安全アプリケーションを含むさまざまな分野のリーディングカンパニーであるsvt Holding GmbHが実施する粒子衝撃を伴うバッテリー応力試験の要件を容易に満たしています。「粒子衝撃にさらされても、Tepex®試験 片は、試験終了時の温度が1400°Cまで高かったときも、その後さらに20秒間もバーンスルーを受けませんでした。これは、材料に追加の保護対策がなく、金属板をサポートすることもありません。そのため、肉厚が薄く、ひいては軽量であっても、高い安全性が確保されます」とBonefeld氏は述べています。複合材は、外部の火源に対する効果的なバリアとしても機能します。国連規則180、6.2.4に基づいており、事故状況における非常に現実的なバッテリー火災シナリオをシミュレートするファイヤーパンテストでは、燃料を燃やしても材料に穴が開くことはなく、繊維は発火しませんでした。
大量生産に適した軽量設計
材料のもう一つの利点は、それが鋼やアルミニウムよりもはるかに軽いということです。「ガラス繊維のみで強化された材料の密度は、スチールよりも約70%低くなっています。そして、複合材のコア層が炭素繊維で強化されている場合、この密度の違いはさらに大きくなります。そのため、アルミニウムと比較して、当社の複合材は 3 分の 1 以上も軽量化できます」と Bonefeld 氏は述べています。エンバリオは、この軽量材料の開発を完了し、現在、大量生産に適した量で提供しています。
繊維、繊維配置、マトリックス材料の幅広い選択肢
複合材料は、長繊維および/または連続繊維の複数の層から構成されます。要件に応じて、各層を特殊な繊維テキスタイルで補強することができます。複合材料中の総繊維含有量は重量比で50%を超えています。ポリアミドまたは他のエンジニアリングプラスチックをマトリックス材料として使用することができます。「特に、繊維、繊維配置、マトリックス材料に関する選択の自由度が高いことは、当社の材料の大きな強度です。これは、個々の要件に特別に適合させることができることを意味します」とBonefeld氏は言います。
複合材料は、リサイクル炭素繊維を含むバリアントでも利用可能であり、複合材料全体におけるリサイクル材料の割合を約36重量パーセントにします。「この複合材は、非常に高い機械的荷重を受けるハウジングに特に適しています。また、炭素繊維は、ハウジングを電磁的にシールドする必要がある場合に選択される材料になります」とBonefeldは言います。このシールドにより、バッテリー内またはバッテリーの近くの機器が電気または電磁干渉にさらされないようにします。
電気絶縁性、高誘電率強度、トラッキング耐～性 ex. Water resistance 耐水性
外層の繊維はマトリックスプラスチックで完全に含浸されており、それは閉じたプラスチック表面を作ります。「これにより、当社の材料は、高い誘電強度や表面耐～性 ex. Water resistance 耐水性などの優れた電気特性を発揮します」とBonefeld氏は述べています。また、優れたトラッキング耐～性 ex. Water resistance 耐水性(CTI A > 400 V、耐トラッキング指数)も提供します。
浸漬冷却液に対する耐性
複合材料は、浸漬冷却液にも耐性があります。バッテリーハウジング全体は、たとえばバッテリーの急速充電時に発生する大量の熱を放散するために、直接冷却(浸漬冷却)の手段として、これらの電気的に非導電性で難燃性の高い流体に浸されることがよくあります。標準的な誘電体浸漬冷却流体での長期保存は、1,500時間後でも、複合材料がその機械的特性に変化を起こさず、膨潤し始めず、冷却流体に物質を放出しないことを示しました。これは、浸漬冷却液に問題なく使用できることを意味します。
持続可能な材料循環の実現
熱可塑性材料として、新しい複合材料は、Tepex® ®有機シートシリーズの他のすべての製品と同様に、簡単にリサイクルできるため、端材などの生産廃棄物を簡単に細断し、品質が保証された射出成形用のリサイクルコンパウンドとして再利用できます。コンポーネントもこの方法でリサイクルできます。複合材料や部品は、溶媒分解や解重合によってリサイクルすることもできます。「したがって、私たちの新しい材料は、持続可能な材料サイクルを作成するのに最適です」とボーンフェルドは言います。
電気自動車への関心の高まり
2022 年には、世界中で 2,600 万台の電気自動車が走行し、前年比で 900 万台以上増加しました。国際エネルギー機関(IEA)の予測によると、この数字は2030年までに2億人以上に増加します。これは、電気自動車が民間の電動輸送機器でますます重要な役割を果たしていることを意味します。現在、電気自動車の最大の市場は中国ですが、ここドイツでも数が増えており、2023年の初めに100万台以上のすべての電気自動車が登録されました。「私たちの材料では、電気輸送機器の世界でも安全性とサステナビリティを強化し、この環境に優しい形態の輸送機器が最終的にブレークスルーを達成できるようにしたいと考えています」と、エンバリオのグローバルセールスおよびビジネス開発Tepexの責任者であるヘンリック・プラーゲンボルグは述べています。
エンバリオは、DSMエンジニアリング・マテリアルズ(DEM)とランクセスハイパフォーマンスマテリアル(HPM)の2つの業界別ソリューションリーダーの合併の結果として設立された新会社です。高性能エンジニアリングプラスチックの世界有数のメーカーです。
エンバリオが提供する製品とサービスの詳細については、https://envalior.com/products-services/ をご覧ください 。
エンバリオの専門家は、粒子衝撃を伴うバッテリー応力試験にバーンスルーを受けることなく耐え、材料に追加の保護対策を施さず、金属板を支持することなく、Tepex® 試験片を検査します。
写真:エンバリオ
粒子衝撃にさらされ、試験終了時に1400°Cの高温にさらされた後でも、Tepex®試験片はバーンスルーを受けませんでした。
写真:エンバリオ© 2021
