Управление тепловым режимом — одна из главных проблем, с которыми сегодня сталкиваются инженеры при проектировании мощных аккумуляторных батарей. В частности, если тепло, выделяемое в аккумуляторных модулях электромобилей, не контролируется должным образом, это может ускорить деградацию, снизить скорость зарядки и даже создать опасность.
Фактически, испытания модулей аккумуляторных батарей электромобилей показали, что плохое управление тепловым сопротивлением и воздушные зазоры между системами охлаждения могут приводить к разнице температур в 8–12 °C.
Для решения этой проблемы управления тепловым режимом инженеры или разработчики аккумуляторных батарей для электромобилей используют теплопроводящие материалы (ТПМ), которые эффективно рассеивают тепло и обеспечивают равномерное распределение температуры. В следующих разделах подробно описано, как систематически оценивать и выбирать наиболее подходящий теплопроводящий материал для вашего проекта системы охлаждения электромобиля.
Ключевая роль термоинтерфейсных материалов, заполняющих зазоры, в управлении тепловым режимом батареи.
После появления TIM-материалы, заполняющие пробелы Используемые для рассеивания тепла в современных батареях электромобилей, они играют ключевую роль в улучшении тепловых характеристик, охлаждающей способности, безопасности и надежности охлаждающих пластин современных электромобилей за счет:
Устранение воздушных зазоров и снижение теплового сопротивления
Основная причина плохого управления тепловым режимом в батареях электромобилей заключается в следующем: воздушные зазоры между элементами батареи и охлаждающими пластинами (радиатором). Поскольку воздух обладает высокой теплопроводностью, воздушные зазоры Теплопроводность внутри аккумуляторного модуля или батареи медленно рассеивается. В результате тепло накапливается внутри аккумуляторного модуля, что приводит к неравномерности температуры и последующему тепловому разгону. Однако при использовании термоинтерфейсных материалов внутри аккумуляторного блока они идеально заполняют эти воздушные зазоры, улучшая теплопроводность.
Создание стабильного пути теплопередачи
В процессе сборки заполнители зазоров сжимаются, чтобы соответствовать неровностям поверхности. При сжатии, заполняя воздушные зазоры, теплопроводящий материал увеличивает свою реальную площадь контакта с поверхностями ячейки и охлаждающей пластины. Таким образом, материал с более низкими характеристиками тепловое сопротивление обеспечивает более быструю передачу тепла и более эффективное охлаждение. Именно так теплопроводящие материалы создают стабильный путь передачи тепла, как показано на рисунке ниже.
Обеспечение структурной и электротехнической безопасности
Помимо рассеивания тепла, выбор теплопроводящего материала также влияет на безопасность при работе с высоковольтными батареями. Как правило, большинство современных систем охлаждения батарей работают при напряжении (≥800 В). Поэтому в таких случаях электрическая энергия (электрическая изоляцияЭффективное управление тепловым режимом в охлаждающих ребрах имеет чрезвычайно важное значение.
Грамотно спроектированные термоинтермедиаты отвечают этим требованиям, обеспечивая диэлектрическую прочность. Они также выдерживают множество термических циклов, хорошо проводят тепло и имеют более низкое тепловое сопротивление.
5 ключевых параметров работы заполнителей зазоров, которые инженеры должны понимать, чтобы избежать образования тепловых зазоров.
Для инженеров, подобных вам, понимание принципов терморегулирования в реальных условиях эксплуатации электромобилей имеет важное значение. Ведь под воздействием механических нагрузок, вибрации и быстрой зарядки литий-ионные аккумуляторные батареи выделяют больше тепла.
Таким образом, плохое управление температурным режимом внутри батарей может привести к образованию локальных перегревов и неравномерному распределению температуры. А в худших случаях... тепловой побегИменно поэтому выбор правильного термоинтерфейсного материала является ключевым моментом в проектировании современных аккумуляторных батарей. Ниже приведены основные параметры, которые необходимо оценить перед окончательным выбором термоинтерфейсного материала.
1. Теплопроводность (Вт/м·К)
Следует выбирать материал с высокой теплопроводностью, обеспечивающий эффективную передачу тепла от компонентов батареи к системе охлаждения. ТеплопроводностьОднако одного этого недостаточно для стабильного регулирования температуры.
Если термоинтерфейсная мембрана не может адаптироваться к шероховатости поверхности, она образует воздушные карманы, что приводит к снижению теплоотдачи. Это особенно важно в конструкции аккумуляторных батарей, где между элементами и охлаждающими пластинами необходимо поддерживать более низкие температуры и предотвращать образование зон перегрева.
Для достижения эффективной холодопроизводительности необходимо оценить теплопроводность наряду со сжимаемостью.
2. Тепловое сопротивление (К·см²/Вт)
Даже если выбрать термоинтерфейсный материал с высокой теплопроводностью, он может выйти из строя, если создаст высокое термическое сопротивление. Это связано с тем, что избыточная толщина снижает тепловой поток к охлаждающим пластинам.
Итак, вы должны выбирайте термоинтерфейсные материалы с низким тепловым сопротивлением для системы охлаждения. Это помогает поддерживать более низкие температуры и улучшать равномерность распределения температуры. Фактически, это даже снижает риск теплового разгона в литий-ионных аккумуляторных батареях.
3. Степень сжатия и характеристики отскока
Производственные допуски, цилиндрические, призматические и пакетные ячейки часто создают неравномерные зазоры. Поэтому следует отдать предпочтение именно им. усовершенствованные теплопроводящие заполнители зазоров Обладает высокой сжимаемостью, позволяющей заполнять пустоты, возникающие из-за механического напряжения и шероховатости поверхности.
Однако низкий коэффициент отскока не менее важен. Потому что, если термоинтерфейсная мембрана теряет контакт после сжатия, вибрация и тепловое расширение снижают передачу тепла к охлаждающим пластинам. В результате это может ослабить теплоотвод в долгосрочной перспективе и увеличить риск образования зон перегрева внутри компонентов батареи.
4. Электроизоляционные свойства
В высоковольтных аккумуляторных системах электрическая изоляция имеет первостепенное значение. Поэтому при выборе термоэлектрического интерферометра необходимо учитывать несколько изоляционных свойств, таких как диэлектрическая прочность, напряжение пробоя и даже объемное удельное сопротивление.
Благодаря негорючему термоинтерфейсному материалу (TIM) предотвращается короткое замыкание между компонентами батареи. Эти материалы также обеспечивают стабильное теплоотведение и воздушное охлаждение.
5. Долгосрочная надежность
Помимо всех вышеперечисленных факторов, необходимо убедиться, что термоинтерфейсные материалы способны выдерживать многолетние термические циклы, воздействие влажности, механические нагрузки и эксплуатационные нагрузки автомобиля. Надежное управление температурным режимом, следовательно, обеспечивает постоянный контакт с охлаждающими пластинами и длительный срок службы батареи.
Сравнение распространенных типов материалов для заполнения зазоров в теплопроводящих поверхностях
Термопрокладки, заполнитель зазоров
Термопрокладки Широко используются в конструкции аккумуляторных батарей. Они прочные, стабильные, чистые и удобны в обращении. Их равномерная толщина обеспечивает превосходное теплоотведение и хороший контакт с охлаждающими пластинами. Они также сжимаемы на 20-50%. Их можно использовать термопары для заполнения воздушных зазоров до 0.5-5 мм, с дополнительным воздушным охлаждением.
Термогели или термосмазка
Термогели or термопаста Они мягкие и гибкие. Они даже хорошо прилегают к шероховатости поверхности. Равномерно заполняя зазоры на источнике тепла, они стабильно рассеивают тепло, охлаждая пластины.
Эти материалы улучшают теплоотвод в сложных процессах сборки, но требуют механической фиксации. Их можно использовать в тех случаях, когда воздушного охлаждения в цилиндрических ячейках недостаточно.
Термоклеи / Заливочные компаунды
Термические клеи и компаунды для заливки Обладают как теплопередачей, так и структурной прочностью. По сравнению с другими термоинтерфейсными материалами, они обеспечивают прочное соединение охлаждающих пластин для надежного теплоотвода. Их негорючесть повышает безопасность и поддерживает системы охлаждения. Однако ограниченная возможность доработки может стать недостатком при ремонте или перепроектировании.
Композитные/структурированные термоинтерфейсные материалы
Композитные или структурированные теплопроводящие материалы сочетают в себе высокую теплопроводность и контролируемую сжимаемость. Они идеально подходят для проектирования мощных аккумуляторных батарей, обеспечивая более быструю передачу тепла. Особенно это актуально в тех случаях, когда критически важен постоянный тепловой поток к охлаждающим пластинам, а одного лишь воздушного охлаждения недостаточно для пиковых нагрузок.
Практический подход к разработке теплопроводящих интерфейсных материалов для инженеров.
Выбор материала теплопроводящего интерфейса (TIM) для аккумуляторов электромобилей — это сложная инженерная задача в автомобильной промышленности. В следующем разделе вы узнаете, как это можно сделать на практике. правильный выбор материалов для ваших нужд.
Шаг 1: Измерение размера и распределения разрыва.
Первый шаг — точное измерение зазоров между ячейками, охлаждающими пластинами и конструктивными элементами. Для измерения можно использовать координатно-измерительную машину или лазерное сканирование. Получение корректных данных имеет решающее значение для эффективного управления тепловыми процессами.
Шаг 2: Определение требований к тепловому сопротивлению
Далее необходимо определить допустимые температурные пределы на основе целевых показателей системы для дополнительной защиты. Большинство разработчиков электромобилей устанавливают целевые значения ΔT (обычно 2–5 °C) на основе теплового потока, скорости зарядки и эффективности системы жидкостного охлаждения.
Этот шаг гарантирует, что термоинтерфейсный материал поддерживает системное управление температурой и предотвращает образование зон перегрева во время быстрой зарядки. Однако следует помнить, что правильные параметры помогают достичь более низкого теплового сопротивления.
Шаг 3: Выберите категорию материала.
Следующий, выберите материал Между охлаждающими пластинами, гелями или клеями устанавливается зазор, учитывающий механические требования и ограничения конструкции аккумуляторного блока. Цель состоит в поддержании общего теплообмена с охлаждающими пластинами при любых условиях эксплуатации.
Шаг 4: Проведение испытаний на сжатие.
На этом этапе необходимо проверить поведение теплопроводящего материала под реальными нагрузками сборки. Необходимо оценить поведение материала под давлением и проверить его упругое восстановление после сжатия, чтобы обеспечить долговременную стабильность системы терморегулирования.
Шаг 5: Проверка тепловых характеристик
Наконец, вашей команде необходимо провести тестирование на перегрев отдельных участков, испытания на быструю зарядку и испытания на старение. Эти тесты помогут вам подтвердить, что выбранный термоинтерфейсный материал поддерживает тепловой поток, совместим с системами воздушного или жидкостного охлаждения и предотвращает тепловой разгон с течением времени.
5 распространенных ошибок при выборе термоинтерфейсного материала, которых следует избегать.
- Достаточно полагаться только на выбор материала с высокой теплопроводностью. В то время как идеальный контакт с поверхностью, электрическая изоляция и совместимость материалов имеют одинаково важное значение.
- Ещё одна проблема заключается в использовании жёстких прокладок для больших зазоров, образующихся в процессе производства и сборки.
- Инженеры также часто игнорируют свойства сжатия и негорючие характеристики материалов. Это часто приводит к увеличению теплового сопротивления внутри электронных компонентов.
- Игнорирование диэлектрической прочности является еще одним критическим риском в системах высоковольтных аккумуляторных батарей.
- Наконец, игнорирование допусков при сборке приводит к неэффективному управлению тепловым режимом.
Инженерные тематические исследования
Случай 1: Термопрокладка не заполняет неровные зазоры.
Выпуск:
В данном случае для интерфейса батареи с неровными поверхностями была выбрана стандартная термопрокладка.
Что случилось:
Из-за ограниченной сжимаемости термопрокладки не могут полностью адаптироваться к неровным зазорам. В результате между поверхностями остаются воздушные пузырьки, что увеличивает тепловое сопротивление.
Наша инженерная рекомендация:
Исходя из требований проекта, мы рекомендуем термопрокладки Jiuju с теплопроводностью до 1.0–30.0 Вт/м·К и твердостью 0.5–5 мм.
Результат:
Вариант 2 – Термогель снижает температурный градиент
Выпуск:
В аккумуляторном модуле наблюдались неравномерные температуры из-за неровных поверхностей между элементами и компонентами системы охлаждения.
Наша инженерная рекомендация:
Мы предложили использовать термогель, разработанный для лучшего заполнения зазоров и соответствия поверхности.
Результат:
Заключение
При выборе подходящего теплопроводящего материала для аккумуляторной батареи электромобиля необходимо учитывать в совокупности тепловое сопротивление, теплопроводность, характеристики сжатия, электрическую изоляцию и долговременную надежность. Сопоставляя свойства материала с реальными зазорами и условиями эксплуатации, можно выбрать подходящий материал.
Почему стоит доверять этому руководству?
Данное руководство разработано под руководством нашей инженерной команды. Джиуджугде мы специализируемся на передовых технологиях. материалы теплового интерфейса для аккумуляторных модулей электромобилей. Мы разработали и произвели более 15 различных тепловых решений, подтвержденных реальными испытаниями и опытом применения. Представленная здесь информация основана на практической инженерной работе, а не только на теории. Если вам нужна помощь в выборе подходящего материала или оценке вашего применения, обращайтесь к нам. свяжитесь с нашей технической командой для экспертной поддержки.
