Con el paso de los años, los vehículos eléctricos industriales se han modernizado y evolucionado excesivamente. Ahora realizan operaciones de alta exigencia y operan durante largas jornadas en condiciones adversas. Dado que dependen en gran medida de sistemas de baterías de alta capacidad, al operar en climas cálidos y condiciones de trabajo extremas, también generan un exceso de calor.
Para gestionar el calor, mantener las baterías a una temperatura óptima (15 °C-35 °C) y prolongar su vida útil, los fabricantes utilizan materiales de conductividad térmica. Como ingeniero, es fundamental saber cómo estos materiales mejoran el rendimiento de los vehículos eléctricos industriales. Y eso es precisamente lo que trata este blog.
En esta guía, analizaremos qué son los materiales termoconductores y por qué la gestión térmica es fundamental en las baterías de vehículos eléctricos. También le presentaremos una lista de las mejores soluciones termoconductoras y los factores a considerar al elegir el material.
¡Así que entremos!
¿Qué son los materiales de conductividad térmica?
Antes de analizar los materiales de conductividad térmica, repasemos los conceptos básicos de la conductividad térmica. El término conductividad térmicaLa conductividad térmica se refiere básicamente a la capacidad de un material para transferir calor de un punto a otro. Normalmente se denomina... k y medido en (W / mK). Un material con alta conductividad térmica transfiere calor rápidamente, mientras que un material con baja conductividad térmica actúa más como aislante.
Cuando se genera calor dentro de cualquier sistema electrónico o eléctrico, este se desplaza naturalmente de las zonas más calientes a las más frías. Cuando la temperatura es alta... materiales de conductividad térmicaPor lo tanto, se utilizan para mejorar la transferencia de calor hasta el doble, evitando la acumulación de calor dentro de la unidad. Estos materiales conductores actúan como vías que facilitan la transferencia de calor desde los componentes generadores de calor (como las celdas de la batería) hacia disipadores de calor o estructuras de refrigeración con mayor rapidez, manteniendo al mismo tiempo la conductividad eléctrica.
Sin embargo, las propiedades térmicas de un material conductivo dependen en gran medida de varios factores, como la composición, la densidad, el espesor y la estructura interna del material. Por ejemplo, muchos metales puros presentan una alta conductividad térmica debido a los electrones libres y a un recorrido libre medio más largo. Los sólidos no metálicos, en cambio, suelen tener baja conductividad térmica. En materiales cristalinos de alta calidad, la transferencia de calor puede variar a lo largo de diferentes ejes cristalinos.
En las baterías de iones de litio y los sistemas electrónicos, se utilizan diversos tipos de materiales de conductividad térmica. Los más comunes son: materiales de interfaz térmica (TIM) Se utilizan diversos materiales. Estos incluyen pastas térmicas, grasas, geles, rellenos de huecos, almohadillas y adhesivos. Estos materiales rellenan los huecos de aire microscópicos entre las superficies, lo que ralentiza principalmente la transferencia de calor.
Al rellenar las áreas, estas sustancias mejoran el contacto con la superficie y permiten que el calor se distribuya uniformemente. Algunos sistemas también utilizan materiales de encapsulado para disipar el calor y proteger el medio ambiente.
¿Por qué es importante la gestión térmica?
En las baterías de coches eléctricos, especialmente las de iones de litio, durante la carga, la descarga y el suministro de energía, se genera un exceso de calor. Este calor, por lo tanto, crea una diferencia de temperatura y un gradiente de temperatura a lo largo del paquete de baterías. Si la transferencia y el flujo de calor dentro de las baterías no se controlan ni se tienen en cuenta, puede:
- Aumentar resistencia termica
- Perturbar el funcionamiento en estado estacionario
- Provoca degradación de la batería
- Afecta la vida útil de la batería de cada batería nueva
Por eso, en las baterías de coches eléctricos, la gestión de la resistividad térmica, conductancia térmica y flujo de calor Es extremadamente crucial mejorar el rendimiento de las baterías de los vehículos eléctricos industriales.
A medida que la tecnología avanza, ingenieros como usted utilizan materiales con conductividad térmica consistente y variable según las necesidades de diseño, así como una interacción optimizada con almohadillas térmicas, convección y sistemas de refrigeración. Una gestión térmica adecuada garantiza un suministro de energía estable, una potencia fiable y un sistema a largo plazo apto para aplicaciones exigentes de vehículos eléctricos.
Los 5 materiales con mayor conductividad térmica utilizados en vehículos eléctricos industriales
En la siguiente sección, aprenderá sobre los principales materiales de alta conductividad térmica que se utilizan comúnmente en vehículos eléctricos industriales.
Pastas térmicas
Pastas térmicas (a menudo conocidas como pasta térmica) son materiales de interfaz térmica muy comunes, fáciles de usar y económicos. Comúnmente, tienen alta conductividad térmica y baja conductividad eléctrica. El estándar aplicación de pastas térmicas Es ideal para sistemas de baterías en vehículos eléctricos industriales. Encontrará diversas opciones de pastas térmicas en el mercado. Las versiones más comunes son las de silicona, metal y cerámica.
Grasas térmicas a base de silicona
En comparación con todos los tipos de pastas o grasas térmicas, la grasa térmica a base de silicona es la más utilizada. No solo ofrece una excelente conductividad térmica, sino que también es muy flexible en un amplio rango de temperaturas, desde bajas temperaturas hasta condiciones de funcionamiento extremas. Para gestionar la transferencia de calor en baterías de coches eléctricos y electrónica de potencia, las grasas térmicas a base de silicona son la opción ideal.
Almohadillas Térmicas
Las almohadillas térmicas (también conocidas como rellenos térmicos) son materiales sólidos y comprimibles por su forma. Al igual que otros TIM, reducen la resistencia térmica y transfieren el calor entre los componentes de forma eficiente. Su proceso de aplicación es muy sencillo, por lo que se utilizan ampliamente como materiales de conductividad térmica en los ensamblajes industriales de vehículos eléctricos. También encontrará diferentes tipos de almohadillas en el mercado. Los tipos más comunes son las almohadillas térmicas de silicona, las almohadillas térmicas rellenas de cerámica y las almohadillas de grafito.
Gel Térmico
Entre todos los TIM, geles térmicos Son una solución térmica ideal para su uso en paquetes de baterías de vehículos eléctricos industriales. De hecho, son muy fáciles de aplicar y un material duradero, ya que no se seca prematuramente en comparación con la pasta conductora. Gracias a su alta conductividad térmica y baja conductividad eléctrica, los geles se distribuyen uniformemente bajo presión, garantizando un flujo de calor uniforme a través de las interfaces de la batería. Son ideales para sistemas de baterías de iones de litio con geometrías complejas y ayudan a controlar las diferencias de temperatura, reducir la formación de puntos calientes y minimizar la degradación de la batería durante el funcionamiento continuo.
Pegamento para encapsulado térmico
Pegamento para encapsulado térmico Cumple una doble función: mejora la transferencia de calor y proporciona protección mecánica. Una vez curado, rellena los huecos de aire y forma una estructura sólida con la superficie del componente. De esta forma, conduce el calor eficazmente a la vez que protege los componentes de la humedad, la vibración y las agresiones ambientales.
Aunque el pegamento para encapsulado térmico ofrece baja conductancia térmica, ofrece durabilidad a largo plazo. También se puede utilizar para la gestión térmica en sistemas de baterías selladas donde se requiere aislamiento, soporte estructural y flujo de calor controlado.
¿Cómo el gel de alta conductividad térmica mejora el rendimiento de las baterías de automóviles eléctricos?
El gel de conductividad térmica es básicamente una interfaz térmica líquida y suave, y un material de conducción de calor. Al igual que otros materiales de conductividad térmica, también se utiliza ampliamente para mejorar la conductividad térmica y la transferencia de calor entre los componentes electrónicos generadores de calor y los elementos de refrigeración en sistemas de baterías.
Su uso ayuda a estabilizar el flujo de calor por unidad de área y por unidad de tiempo. El gel también favorece una temperatura más uniforme y previene los cambios bruscos de temperatura que pueden ocurrir cuando el calor se acumula y luego cambia bruscamente.
Otra ventaja clave es la capacidad del gel para mantener una excelente conductividad térmica al operar bajo presiones variables, vibraciones y expansión de componentes. Al mejorar la conducción térmica de forma constante y facilitar la interacción eficiente con disipadores de calor, convección y sistemas de refrigeración, el gel contribuye directamente a un mejor rendimiento y una mayor duración de la batería.
Por lo tanto, un control eficaz del calor reduce el riesgo de degradación de la batería, protege la batería nueva y garantiza un funcionamiento confiable en vehículos eléctricos modernos y automóviles eléctricos industriales.
Estudio de caso: Lecciones de proyectos de baterías para vehículos eléctricos industriales
El Desafío:
Todos los clientes que nos contactaron, de todos los sectores, se habían enfrentado al mismo desafío: la distribución desigual de la temperatura dentro de la batería del vehículo eléctrico y su degradación prematura durante largos ciclos de funcionamiento en entornos cálidos.
Que encontramos:
- Alta diferencia de temperatura entre las celdas de la batería
- Flujo de calor inconsistente debido a los espacios de aire
- Solución térmica que pierde contacto bajo vibración
Causa principal:
- Baja adaptabilidad del material de conductividad térmica en geometrías de baterías complejas.
La Solución:
Les recomendamos un gel de alta conductividad térmica para garantizar una conducción uniforme del calor y un contacto térmico estable bajo presión y vibración. También les sugerimos otras soluciones, como pasta térmica y almohadillas, según el proyecto.
Resultado:
- Reducción de la formación de puntos calientes
- Conductividad constante en condiciones de alta carga
- BLT controlada y resistencia térmica
- Mayor vida útil de la batería y confiabilidad mejorada
Aspectos que los ingenieros deben tener en cuenta al seleccionar materiales
Tras una descripción detallada de los materiales de conductividad térmica, el siguiente paso es elegir el material térmico adecuado para las baterías industriales de vehículos eléctricos. En este aspecto, la mayoría de las empresas de vehículos eléctricos, e incluso los ingenieros, carecen de él. Por eso, en esta sección hemos resumido todos los puntos importantes que debe evaluar como fabricante.
En primer lugar, evalúe siempre las propiedades térmicas del material. Normalmente, es... nivel de conductividad térmica de un material y cómo un material conduce el calor y gestiona la energía térmica.
A continuación, debe considerar cómo el material se somete a estrés térmico y mecánico con el tiempo. En los vehículos eléctricos industriales, los materiales se someten a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, vibración y presión. Si un material se degrada o pierde contacto en estas condiciones, obviamente, la eficiencia de transferencia de calor también disminuye, lo que supone riesgos de seguridad. Por ello, también debe considerar la compatibilidad del material con un disipador de calor y las estructuras circundantes.
Finalmente, también debe considerar factores como la evaluación de la durabilidad, la resistencia ambiental y la confiabilidad a largo plazo. Debe asegurarse de seleccionar un material que mantenga sus propiedades térmicas durante el rango de operación esperado y que continúe gestionando la energía térmica.
¿Dónde conseguir materiales de conductividad térmica de alta calidad?
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Todos nuestros productos de materiales de conductividad térmica, como Almohadillas Térmicas, Gel Térmico, La grasa térmica, Cinta Térmica y Pegamento para encapsulado térmicoProporcionan una conductividad térmica de entre 1.2 y 50 W/m·K y duran más de 5 años. También son ideales para su uso en diversas industrias, incluyendo... vehículos eléctricos industriales y las industrias de la construcción.
Además, nuestro equipo también ofrece personalización de materiales para empresas de diversos sectores. En Jiuju, ofrecemos materiales a precios de mayorista con un año de garantía. De hecho, también ofrecemos soporte técnico a nuestros clientes durante toda la vida útil del producto.
¿Por qué confiar en esta guía?
Esta guía se basa en la experiencia práctica de ingeniería de Jiu Ju Tech. Desde 2002, nuestro equipo ha desarrollado y probado una amplia gama de materiales de interfaz térmica en condiciones reales de producción y laboratorio. Toda la información aquí presentada proviene de aplicaciones prácticas, no de teorías ni de fuentes copiadas.
Si está buscando la solución térmica adecuada para su aplicación EV y no está seguro de qué material seleccionar, contacte a nuestros expertos hoy para obtener soporte personalizado.
