Управление температурой аккумулятора с учётом конструктивных особенностей: как передовые материалы способствуют созданию нового поколения аккумуляторов для электромобилей

Поддерживается компанией H.B. Fuller

По мере развития электромобилей происходит фундаментальные изменения в дизайне аккумуляторов.

Автопроизводители сталкиваются с необходимостью обеспечить более длительный радиус езды, более быструю зарядку, снижение затрат, повышение безопасности и более экологичные методы производства, причем всё это должно быть реализовано в рамках одной и той же системы аккумуляторов. Для достижения этих целей требуются не только усовершенствования в химии элементов питания. Во всё большей степени инновации приходят от архитектуры аккумуляторов и материалов, которые делают такую архитектуру возможной.

Переход от традиционных конструкций «ячейка-модуль» к схемам «ячейка-батарея-пакет» и «ячейка-корпус» идеально иллюстрирует эту тенденцию. Такие батареи нового поколения обеспечивают максимальную энергетическую плотность и снижают вес, но одновременно создают новые проблемы, связанные с прочностью конструкции, управлением теплом и защитой от термического выхода из-под контроля. Решение этих проблем повысило роль современных клеев, герметиков и огнестойких пен — они перестали быть просто вспомогательными материалами и стали ключевыми факторами, обеспечивающими высокие характеристики батарей.

Эволюция дизайна аккумуляторов для электромобилей

В течение многих лет аккумуляторы электромобилей использовали архитектуру «ячейка-модуль». Отдельные ячейки собирались в модули, а затем несколько таких модулей объединялись в батарею-пакет, устанавливаемую внутри автомобиля.

Этот подход имел несколько преимуществ, в частности возможность ремонта. Неисправные модули можно было заменить без демонтажа всей батарейной системы, что способствовало сокращению времени простоя транспортного средства. Однако корпуса модулей увеличивают вес, занимают ценное пространство и усложняют процесс производства.

Для повышения эффективности и запаса хода производители всё чаще используют конструкции типа «ячейка-пакет». Благодаря отсутствию корпусов модулей и прямой интеграции ячеек в пакет батарейные системы становятся легче и могут вмещать больше активного материала при том же размере. В результате улучшается плотность энергии и увеличивается запас хода.

Следующим этапом в этой эволюции является конструкция, при которой элементы аккумулятора становятся неотъемлемой конструктивной частью транспортного средства. Такая архитектура дополнительно снижает вес и сложность производства, одновременно максимизируя использование пространства. Однако она также предъявляет более высокие требования к материалам, которые удерживают аккумулятор вместе.

По мере усиления интеграции конструкций аккумуляторов материалы должны выполнять несколько функций одновременно: обеспечивать конструктивную поддержку, справляться с тепловыми нагрузками, изолировать электрические компоненты и способствовать сохранению безопасности в экстремальных условиях.

Почему управление теплом стало неотъемлемой частью дизайна

Более высокая энергетическая плотность приносит явные преимущества для производительности транспортного средства, но создает серьезные проблемы с тепловым регулированием.

По мере того как ячейки располагаются ближе друг к другу и растет потребление энергии, во время зарядки и работы генерируется больше тепла. Чрезмерное нагревание может ускорить разрушение аккумулятора, снизить его эффективность и увеличить риск тепловых аварий. Поддержание стабильных рабочих температур больше не является просто инженерной задачей — это фундаментальное требование для производительности, надежности и безопасности аккумуляторов.

Эта реальность способствует росту спроса на новые стратегии управления теплом и материалы, способные эффективно отводить тепло, защищать чувствительные компоненты и сдерживать возникновение неисправностей. От клеев и материалов для упаковки все чаще ожидается, что они будут выполнять эту функцию при сохранении структурных характеристик.

Растущая роль пен с огнезащитными свойствами

Среди материалов, популярность которых растет, — структурные огнестойкие пены.

Изначально рассматриваемые в основном как материалы безопасности, эти пены теперь играют гораздо более важную роль в проектировании аккумуляторов. Они помогают производителям достигать целей по снижению веса путем замены более тяжелых механических креплений и пластиковых компонентов, одновременно обеспечивая структурную прочность всей конструкции аккумулятора.

В современных архитектурах аккумуляторов огнестойкие пены могут выполнять несколько функций:

Снижение распространения теплового самовозгорания между элементами

Уменьшение веса аккумулятора

Обеспечение структурной поддержки

Повышение устойчивости к вибрациям

Улучшение теплоизоляции и однородности температуры

Упрощение процессов производства аккумуляторов

Для производителей ОЕМ, использующих конфигурации «ячейка-к-корпусу» и «ячейка-к-упаковке», эти преимущества становятся особенно ценными. Благодаря возможности устранения механических компонентов при сохранении целостности аккумулятора, структурные пены способствуют повышению энергетической плотности без ущерба для безопасности.

За пределами соответствия стандартам: важность защиты от теплового выхода из-под контроля

Для разработчиков аккумуляторов снижение риска теплового выхода из-под контроля стало одним из важнейших критериев при выборе материалов для аккумуляторов.

По мере повышения энергетической плотности аккумуляторных систем крайне важно сдерживать тепловые процессы внутри отдельной ячейки. Высокоэффективные огнезащитные пены специально разрабатываются для замедления или предотвращения распространения тепла, что помогает не допустить распространения локального процесса на весь аккумуляторный блок.

Стандарты электропожарной безопасности, такие как UL94, служат важными критериями для оценки эффективности материалов. Получение класса V-0 свидетельствует о способности материала быстро самовыгорать и минимизировать распространение пламени, что дает производителям аккумуляторов больше уверенности в общей безопасности системы.

По мере того как регулирующие органы, автопроизводители и потребители уделяют всё больше внимания безопасности аккумуляторов, материалы, способствующие теплозащите, превращаются в конкурентное преимущество, а не просто в требование к соответствию стандартам.

Проектирование аккумуляторов для будущего

Будущее электрификации выходит далеко за рамки пассажирских автомобилей.

Системы хранения энергии от батарей (BESS), коммерческие транспортные флоты, оборудование для внедорожного использования, тяжелые грузовики, а также новые электрические авиационные решения сталкиваются с одинаковыми проблемами: необходимостью сбалансировать производительность, безопасность, вес и долговечность. Хотя каждая область применения имеет свои уникальные требования, всем им полезны материалы, способные обеспечивать необходимую прочность конструкции при одновременной поддержке систем управления температурой и защиты от пожара.

По мере дальнейшего развития технологий батарей производителям будет всё больше нужны партнеры, которые понимают не только сами материалы, но и то, как они взаимодействуют в рамках интегрированной батарейной системы. Раннее сотрудничество между разработчиками батарей и специалистами по материалам может помочь оптимизировать дизайн, ускорить сроки разработки и избежать дорогостоящих проблем на этапе производства.

Подход к инновациям в области электромобилей, ориентированный на материалы

Следующее поколение электромобилей будет определяться не только ячейками аккумуляторов.

На его характеристики повлияет степень эффективности интеграции производителями передовых материалов в конструкции аккумуляторов, которые будут легче, безопаснее, более теплоэффективны и проще в массовом производстве. От конструкционных клеев и материалов теплового зазора до огнестойких пен и барьеров против распространения тепла — инновации в области материалов становятся ключевым фактором развития аккумуляторов.

По мере того как отрасль стремится к более высокопроизводительным системам аккумуляторов, теплорегулирование уже не является опцией. Это необходимое условие для развития электрификации в будущем.

Не все пены (и поставщики пен) одинаковы

Выбор огнестойкого пеноматериала для аккумуляторов BESS, eVTOL или электромобилей зависит от ваших потребностей. А выбор поставщика пеноматериалов определяется уровнем экспертизы, характеристиками продукта и качеством поддержки. Компания H.B. Fuller предлагает широкий ассортимент огнестойких пеноматериалов клиентам в Европе, Азии и Соединенных Штатах.

В Соединенных Штатах к огнестойким пеноматериалам относятся:

H.B. Fuller EV Protect 4006: полуструктурная пена, снижающая вес аккумуляторов, защищающая от распространения тепла и обеспечивающая стойкость к шуму, вибрациям и износу.

H.B. Fuller EV Protect 5008: структурная пена с усиленной поддержкой. Разработана для деталей и компонентов аккумуляторов и электромобилей.

H.B. Fuller EV Protect 5009: высокопрочный структурный пеноматериал, позволяющий производителям сокращать количество или заменять традиционные конструктивные элементы. Идеален для конструкций, соединяющих аккумуляторы с шасси.

H.B. Fuller сотрудничает с производителями аккумуляторов, OEM-производителями и интеграторами систем по всему миру для разработки клеев, уплотнителей, средств для управления теплом и антипиреновых решений для нового поколения электромобилей и устройств хранения энергии.

Узнайте больше на hbfuller.com/electric-vehicles.

Комментарий

Создайте учетную запись. Уже зарегистрированы? Войдите.

Виртуальная конференция по инженерии электромобилей: вход бесплатный.

Не пропустите нашу следующую виртуальную конференцию 14–17 сентября 2026 года.

Зарегистрируйтесь на бесплатные вебинары ниже, чтобы забронировать место и посмотреть их в прямом эфире или по запросу.

ЗАГЛУЖИТЬ ЕЩЕ СЕССИЙ