اختيار مادة الواجهة الحرارية المناسبة لوحدات بطارية الكهرباء:الهلام الحراريأووسادة حرارية?

وبما أن أنظمة بطاريات السيارات الكهربائية أصبحت أكثر تكثيفاً وكثافة طاقة، أصبح اختيار مادة الواجهة الحرارية المناسبة (TIM) قرارًا هندسيًا رئيسيًا.يمكن أن تزيد الواجهة الحرارية السيئة من المقاومة الحرارية، يقلل من ثبات البطارية، ويقصر عمر الخدمة.

لسنوات، كانت الحاملات الحرارية هي الحل القياسي لنقل الحرارة من خلايا البطارية إلى لوحات التبريد السائل.العديد من الشركات المصنعة تقوم بتقييم الجيل الموصل الحراري كبديل.

تقارن هذه المقالة بين كلا الحلول من وجهة نظر الهندسة وتشرح أين يوفر الهلام الحراري مزايا قابلة للقياس.

لماذا تتطلب وحدات البطارية واجهات حرارية مرنة

على عكس وحدة المعالجة المركزية أو وحدات الطاقة ذات الأسطح المسطحة نسبياً ، تحتوي وحدات البطارية على قدرات تسامح تصنيعية متعددة.

يجب على المهندسين حساب:

• تغير ارتفاع الخلية

• معدل تساهل الطابق المسطح للوحدة

• تورم الخلايا أثناء الشحن

• تشوه هيكلي تحت الاهتزاز

• أسطح صفيحة التبريد غير المتساوية

نظرًا لأن هذه التغييرات الأبعاد تحدث طوال عمر البطارية ، فإن الحفاظ على اتصال حراري ثابت هو أكثر تحديًا من مجرد اختيار مادة عالية التوصيل الحراري.

الحد من وسائد الحرارة التقليدية

يتم توفير الأغطية الحرارية في سمك ثابت.

على الرغم من أنها توفر نقل حرارة موثوق به في ظل ظروف خاضعة للرقابة، فإنها تصبح أقل فعالية عندما تختلف أحجام الفجوات بشكل كبير.

تشمل التحديات الهندسية الشائعة:

• عدة سمك علب مطلوبة لمختلف منصات البطارية

• الأدوات المقطعة بالشحن تزيد من تكلفة المشروع

• التثبيت اليدوي يقلل من كفاءة التصنيع

• الامتثال المحدود للسطوح غير المنتظمة

• ضغط تجميع أعلى على خلايا البطارية

بالنسبة لمصنعي البطاريات الذين يسعون إلى إنتاج آلي للغاية، تصبح هذه القيود أكثر أهمية.

لماذا ؟غيل موصل للحرارةيكتسب شعبية

الهلام الحراري القابل للتخلص يتصرف بشكل مختلف عن وسائد الفجوة التقليدية.

بدلاً من إجبار وحدة البطارية على مطابقة مادة الواجهة، يتوافق الهلام مع وحدة البطارية نفسها.

بعد التوزيع والتجفيف ، تشكل المادة مسارًا حراريًا مستمرًا مع الحفاظ على امتثال ميكانيكي ممتاز.

المزايا المعتادة تشمل:

تحسين التكيف مع الفجوة

يمكن لعملية إعطاء واحدة استيعاب فجوات الواجهة تتراوح من حوالي 0.5 ملم إلى 5 ملم دون تغيير سمك المادة.

انخفاض الإجهاد الميكانيكي

ولأن الهلام الحراري المعالج له درجة مرونة منخفضة للغاية، فإنه يضع ضغطًا ضئيلًا على خلايا البطارية مع الحفاظ على اتصال حراري مستقر.

هذا مهم بشكل خاص لخلايا ليثيوم أيون التي تتوسع أثناء الدراجة.

التصنيع المبسط

الهلام الحراري يزيل عمليات القطع.

عندما تتغير تصاميم البطارية، يقوم المصنعون ببساطة بتعديل برنامج التوزيع بدلاً من شراء أدوات جديدة.

تحسين اتساق الإنتاج

يقلل التوزيع الآلي من اختلاف التجميع اليدوي ، مما يساعد على تحسين إنتاج التصنيع وتكرار العملية.

الهلام الحراري مقابل وسادة الحرارة

بدلاً من استبدال الأحزمة الحرارية في كل تطبيق، يوفر الهلام الحراري فوائد واضحة حيث تكون أتمتة الإنتاج والهندسة المعقدة أولوية.

الموثوقية مهمة أكثر من الأداء الأولي

التوصيل الحراري الأولي لا يخبرنا سوى جزء من القصة

يجب أن تستمر مواد بطارية السيارات في أدائها بعد سنوات من الاهتزاز والدورة الحرارية والتعرض للرطوبة والعمل المستمر.

يقوم المهندسون عادة بتقييم الهلام الحراري باستخدام اختبارات مثل:

• تخزين درجة حرارة عالية

• الصدمة الحرارية

• اهتزاز عشوائي

• استعادة الضغط

• مقاومة نزيف الزيت

• العزل الكهربائي

• أداء مقاومة للنار

غالبًا ما يكون الحفاظ على مقاومة واجهة ثابتة طوال عمر المنتج أكثر قيمة من تحقيق توصيل أولي أعلى قليلاً.

حيث الجيل الحراري يعمل بشكل أفضل

الهلام الموصل الحراري مناسب بشكل خاص للتطبيقات التي تنطوي على:

• واجهات بطارية الخلية إلى صفيحة البرد

• مجموعات وحدات البطارية

• أنظمة تخزين الطاقة

• تبريد الحافلة

• إلكترونيات إدارة البطاريات

• محولات التيار المباشر إلى التيار المباشر

• شاحنات محمولة

قدرتها على التوافق مع الهندسة غير المنتظمة تسمح للمهندسين بحرية تصميم أكبر مع تبسيط التصنيع.

الاتجاهات المستقبلية في إدارة الحرارة في البطارية

مصنعي البطاريات يتحركون نحو:

• علب البطارية الأكبر

• الخلية إلى الحزمة (CTP)

• الخلية إلى الهيكل (CTC)

• بنيات 800 فولت

• خطوط التجميع الآلية بالكامل

تتطلب هذه التطورات مواد واجهة حرارية تجمع بين الأداء الحراري والامتثال الميكانيكي وكفاءة التصنيع.

الهلام الموصل الحراري يتماشى بشكل جيد مع هذه المتطلبات من خلال توفير التوزيع المرن، والقدرة الممتازة على ملء الثغرات، والتوافق مع التصنيع الذكي.

أفكار نهائية

اختيار المادة الحرارية المثلى للواجهة ينطوي على أكثر بكثير من مقارنة قيم الموصلات الحرارية.

كفاءة التصنيع، والموثوقية على المدى الطويل، وتسامح التجميع، ومقاومة الاهتزازات، وتكلفة الإنتاج الكلية كلها تؤثر على القرار النهائي.

بالنسبة لوحدات بطارية الكهرباء الحديثة، two-component thermal conductive gel provides an increasingly attractive solution by combining efficient heat transfer with automated processing and outstanding adaptability to complex battery structures.