انتخاب ماده رابط حرارتی مناسب برای ماژول‌های باتری EV:ژل حرارتییاپد حرارتی?

همانطور که سیستم های باتری خودروهای الکتریکی فشرده تر و متراکم تر می شوند، انتخاب ماده رابط حرارتی مناسب (TIM) به یک تصمیم مهندسی کلیدی تبدیل شده است. یک رابط حرارتی ضعیف می تواند مقاومت حرارتی را افزایش دهد، قوام باتری را کاهش دهد و عمر مفید را کوتاه کند.

برای سال ها، پدهای حرارتی راه حل استاندارد برای انتقال گرما از سلول های باتری به صفحات خنک کننده مایع بوده است. با این حال، با افزایش اتوماسیون و ساختار باتری پیچیده تر، بسیاری از تولیدکنندگان ژل رسانای حرارتی را به عنوان یک جایگزین ارزیابی می کنند.

این مقاله هر دو راه حل را از دیدگاه مهندسی مقایسه می کند و توضیح می دهد که ژل حرارتی در کجا مزایای قابل اندازه گیری را ارائه می دهد.

چرا ماژول های باتری به رابط های حرارتی انعطاف پذیر نیاز دارند؟

برخلاف پردازنده‌ها یا ماژول‌های قدرت با سطوح نسبتاً مسطح، ماژول‌های باتری دارای تحمل‌های تولیدی متعددی هستند.

مهندسان باید موارد زیر را در نظر بگیرند:

• تغییرات ارتفاع سلول

• تحمل صافی ماژول

• تورم سلول در هنگام شارژ

• تغییر شکل ساختاری تحت ارتعاش

• سطوح صفحه خنک کننده ناهموار

از آنجایی که این تغییرات ابعادی در طول عمر باتری اتفاق می‌افتد، حفظ تماس حرارتی ثابت چالش‌برانگیزتر از انتخاب صرفاً یک ماده رسانایی حرارتی بالا است.

محدودیت پدهای حرارتی معمولی

لنت های حرارتی در ضخامت های ثابت عرضه می شوند.

اگرچه آنها انتقال حرارت قابل اعتماد را تحت شرایط کنترل شده فراهم می کنند، اما زمانی که اندازه شکاف به طور قابل توجهی متفاوت است، کارایی آنها کاهش می یابد.

چالش های رایج مهندسی عبارتند از:

• چندین ضخامت پد برای پلتفرم های مختلف باتری مورد نیاز است

• ابزار دایکاتور هزینه پروژه را افزایش می دهد

• نصب دستی کارایی تولید را کاهش می دهد

• انطباق محدود با سطوح نامنظم

• استرس مونتاژ بالاتر روی سلول های باتری

برای تولیدکنندگان باتری که به دنبال تولید بسیار خودکار هستند، این محدودیت ها اهمیت فزاینده ای پیدا می کنند.

چراژل رسانای حرارتیمحبوبیت پیدا می کند

ژل حرارتی قابل مصرف متفاوت از پدهای شکاف سنتی رفتار می کند.

ژل به جای اینکه ماژول باتری را مجبور کند با مواد رابط مطابقت داشته باشد، با خود ماژول باتری مطابقت دارد.

پس از توزیع و پخت، مواد یک مسیر حرارتی پیوسته را تشکیل می دهند و در عین حال انطباق مکانیکی عالی را حفظ می کنند.

مزایای معمول عبارتند از:

سازگاری بهتر با شکاف

یک فرآیند توزیع منفرد می‌تواند شکاف‌های رابط را از حدود 0.5 میلی‌متر تا 5 میلی‌متر بدون تغییر ضخامت مواد در خود جای دهد.

کاهش استرس مکانیکی

از آنجایی که ژل حرارتی پخته شده دارای مدول الاستیک بسیار پایینی است، حداقل فشار را بر روی سلول های باتری وارد می کند و در عین حال تماس حرارتی پایدار را حفظ می کند.

این امر به ویژه برای سلول های لیتیوم یونی که در طول دوچرخه سواری منبسط می شوند بسیار مهم است.

تولید ساده

ژل حرارتی عملیات قالب گیری را حذف می کند.

هنگامی که طراحی باتری تغییر می کند، تولیدکنندگان به جای خرید ابزار جدید، به سادگی برنامه توزیع را تغییر می دهند.

ثبات تولید بهبود یافته است

توزیع خودکار تنوع مونتاژ دستی را کاهش می دهد و به بهبود بازده تولید و تکرارپذیری فرآیند کمک می کند.

ژل حرارتی در مقابل پد حرارتی

به جای جایگزینی پدهای حرارتی در هر کاربرد، ژل حرارتی مزایای واضحی را در جایی که اتوماسیون تولید و هندسه های پیچیده اولویت دارند، ارائه می دهد.

قابلیت اطمینان بیشتر از عملکرد اولیه مهم است

هدایت حرارتی اولیه تنها بخشی از داستان را بیان می کند.

مواد باتری خودرو باید پس از سال‌ها ارتعاش، چرخه حرارتی، قرار گرفتن در معرض رطوبت و کار مداوم به عملکرد خود ادامه دهند.

مهندسان معمولاً ژل‌های حرارتی را با استفاده از آزمایش‌هایی مانند:

• ذخیره سازی در دمای بالا

• شوک حرارتی

• لرزش تصادفی

• بازیابی فشرده سازی

• مقاومت در برابر خونریزی روغن

• عایق برق

• عملکرد ضد شعله

حفظ مقاومت رابط پایدار در طول عمر محصول اغلب ارزشمندتر از دستیابی به رسانایی اولیه کمی بالاتر است.

جایی که ژل حرارتی بهترین عملکرد را دارد

ژل رسانای حرارتی به ویژه برای کاربردهایی که شامل موارد زیر است مناسب است:

• رابط سلول باتری به صفحه سرد

• مجموعه های ماژول باتری

• سیستم های ذخیره انرژی

• خنک کننده شینه

• الکترونیک مدیریت باتری

• مبدل های DC-DC

• شارژرهای روی برد

توانایی آن در انطباق با هندسه های نامنظم به مهندسان اجازه می دهد آزادی طراحی بیشتری در حالی که تولید را ساده می کنند.

روندهای آینده در مدیریت حرارتی باتری

سازندگان باتری به سمت زیر حرکت می کنند:

• بسته های باتری بزرگتر

• سلول به بسته (CTP)

• سلول به شاسی (CTC)

• معماری 800 ولت

• خطوط مونتاژ کاملاً خودکار

این پیشرفت‌ها به مواد رابط حرارتی نیاز دارند که عملکرد حرارتی، انطباق مکانیکی و راندمان تولید را ترکیب می‌کنند.

ژل رسانای حرارتی با ارائه توزیع انعطاف پذیر، قابلیت پرکردن شکاف عالی و سازگاری با تولید هوشمند، به خوبی با این الزامات هماهنگ است.

افکار نهایی

انتخاب ماده رابط حرارتی بهینه بسیار بیشتر از مقایسه مقادیر هدایت حرارتی است.

راندمان ساخت، قابلیت اطمینان طولانی مدت، تحمل مونتاژ، مقاومت در برابر ارتعاش و هزینه کلی تولید، همگی بر تصمیم نهایی تأثیر می گذارند.

برای ماژول‌های باتری EV مدرن، ژل رسانای حرارتی دو جزئی با ترکیب انتقال حرارت کارآمد با پردازش خودکار و سازگاری فوق‌العاده با ساختارهای پیچیده باتری، راه‌حل جذابی را ارائه می‌دهد.