A hővezető anyagok (TIM) az akkumulátorcellák és a hűtőlemez közötti hőútvonalban helyezkednek el, lezárva a mikroszkopikus légréseket, amelyek egyébként kiszorítanák a hőt a csomagból. Egy elektromos jármű vagy energiatároló akkumulátorban ez a vékony réteg határozza meg, hogy a cellák mennyire egyenletesen vezetik le a hőt, hogy kialakulnak-e helyi forró pontok, és hogy az egyes cellák hőmérséklet-emelkedésének mekkora része éri el a hűtőfolyadékot. Egy adott kút kiválasztása attól függ, hogy az anyagot a kitöltendő résnek, a cella által elviselt feszültségnek, a gyártósoron történő kikeményedésnek, és hogy kell-e szigetelni.
A következő részek elmagyarázzák, hogyan termikus határfelületi anyagok (TIM) a csomagon belüli munkát, a fő anyagcsaládokat és azokat a változókat, amelyeknek a kiválasztást bármely fő vezetőképességi érték előtt kell meghatározniuk. Ez az útmutató nem tárgyalja a hideglemezes áramlási csatorna kialakítását vagy a csomagszintű akkumulátorkezelést, amelyek mindkettő kívül esik az interfészréteg döntésén.
Hogyan mozgatják a hővezető anyagok a hőt az akkumulátorcsomagban?
A TIM feladata, hogy a hőt a cella felületéről a hűtő szerkezetbe szállítsa, miközben a lehető legkisebb hőellenállást biztosítja. A csupasz fémfelületek laposnak tűnnek, de csak néhány magas ponton érintkeznek, így a valódi érintkezési terület kicsi, a többi pedig szigetelő levegő. Egy alkalmazkodó határfelületi anyag elárasztja ezeket az üregeket, és folyamatos, szilárd utat biztosít a hőnek a cellától a belső térig. hűtőlemez.
Az elhelyezés a hő útját követi. Egy akkumulátor modul, Egy határfelületi anyag kerül az egyes cellák közé a hőmérséklet kiegyenlítése érdekében, és egy vastagabb réteg általában kitölti a modul és a hideg lemez közötti rést, ahol a hő nagy része távozik. Egyenetlen cellafelületeken a rés soha nem egyenletes, és egy előre kialakított réteg, amely nem tud folyni, légbuborékokat hagy pontosan ott, ahol a felület elbillen. Egy jó határfelületi anyag nagyrészt ezeknek a buborékoknak a lezárása.
Az elektromos szigetelés itt ugyanolyan fontos, mint a vezetőképesség. Mivel egy akkumulátor TIM-nek általában szigetelnie kell, és vezetnie is kell, a legtöbbjük dielektromos gáttal van ellátva. Ez a gát lehetővé teszi, hogy a cella hőt vezessen le egy fém hideglapra, miközben elektromosan elszigetelt marad. A csupasz grafit vagy fém szigetelések kivételt képeznek; ezek vezetik az elektromos áramot, és csak ott illeszkednek, ahol az elszigeteltséget egy másik réteg végzi.
Az akkumulátorok hővezető anyagainak fő típusai
Az akkumulátor-illesztőfelületek anyagai főként abban különböznek, hogyan alkalmazzák őket, és hogy kötnek-e, és ez a két tulajdonság dönti el, hogy melyik hova illeszkedik. A réstöltő, a réspárna és a hővezető ragasztó felcserélhetően használatos a specifikációs beszélgetésekben, mégis különböző célokra optimalizálnak: a töltőanyag a megfelelőség és az alacsony feszültség érdekében, a párna a tiszta kezelhetőség érdekében, a ragasztó pedig a szerkezeti kötéshez. Ha ezt a megkülönböztetést időben helyesen határozzuk meg, akkor nem határozunk meg olyan anyagot, amely ahelyett, hogy segítené az összeszerelést.
Eldobható réstöltők
Ahol a cella és a hideglap közötti rés egyenetlen vagy nehezen tartható laposnak, ott az adagolt réstöltő anyag megállja a helyét. Folyékonyként adagolva és a helyén kikeményedve, a réstöltő anyag a kötés előtt igazodik a felületi érdességhez, ami csökkenti a határfelületi hőellenállást, és az összeszerelés során kevés feszültséget okoz a cellában. Az akkumulátor-réstöltő anyagok jellemzően nagyjából 1-6 W/m·K tartományba esnek a töltőanyag-tartalomtól függően, a pontos értéket a formula határozza meg, és nem egyetlen termékkategória.
Hőszigetelő párnák
Egy ismert, viszonylag lapos rés esetén a kivágott hővezető résbetét tisztán és megismételhetően tartja az összeszerelést, ezért a szűk síkfelületi tűréshatárokat betartó gyártósorok előnyben részesítik. A korlátja a megfelelőség: a betét csak azt a rést zárja le, amelybe összenyomják, így változó vagy durva felületeken üregeket hagyhat, amelyeket az adagolt anyag kitöltene. Az Trumonytechs kellékek hővezető pad opciók ebben a családban, és az adagolt anyagokkal való őszinte összehasonlítás azon múlik, hogy mennyire lapos és ismételhető a felület valójában. Magas hézagpárna hővezető képessége A besorolást könnyű túlbecsülni, mivel alig hat, amikor a párna alig érinti a hűtendő felületet.
Hővezető ragasztók
Amikor egy illesztésnek terhelést és hőt is kell hordoznia, a hővezető ragasztó (TCA) kötést hoz létre, miközben vezeti a hőt. A cellákból álló szerkezetekben, ahol a cellák segítenek merevíteni a szerkezetet, ez a kötőszerep lehetővé teszi, hogy a ragasztó helyettesítse az egyes rögzítőelemeket, miközben egyben tartja a hőutat. A ragasztók keményebbek és kevésbé toleránsak, mint a gélek, ezért olyan illesztésekhez alkalmasak, amelyeknek inkább mechanikai szilárdságra van szükségük, mint ultra-alacsony feszültségre. A szerkezeti alternatívák, mint például az epoxigyanta és a poliuretán ragasztók, a nagyobb kötésszilárdság felé bővítik a családot.
Termikus gélek
Törékeny cellák vagy vékony konzervdobozok esetén a hővezető gél nagyon alacsonyan tartja a felületi feszültséget, miközben továbbra is illeszkedik a felülethez. hővezető gél kitölti a rést anélkül, hogy erősen visszanyomná a cellát, és az egykomponensű változatok egyszerűbbé teszik a kezelést a teljesen kikeményedett ragasztóhoz képest. A gélek gyakori választás, ha a cellát az összeszerelési és rezgési terhelésektől kell védeni, amelyek ugyanannyi súlyt hordoznak, mint a mozgás során keletkező hő.
Kiöntés és tokozás
Ahol a mechanikai védelem ugyanolyan fontos, mint a hőátadás, a kiöntőmassza körülveszi a cellákat, ahelyett, hogy egyetlen kötési vonalban lenne. öntözőragasztó A hőt a csomagolás szerkezetéhez vezeti, miközben rögzíti a cellákat és csillapítja a rezgést – a rögzítő, ütéscsillapító és kötést biztosító szerepéről a kiöntés híres. Ez a többszereplős viselkedés olyan modulokhoz illik, ahol a mechanikai védelem a hőátadással együtt fontos szempont, beleértve a ... számára készült csomagokat is. energiatároló rendszerek.
TIM kiválasztása rés, összeszerelési feszültség és kikeményedés alapján
Az akkumulátor TIM kiválasztásának legmegbízhatóbb módja a fizikai korlátok meghatározása a vezetőképességi specifikáció elérése előtt. Egy működőképes sorrend a következőkhöz: a megfelelő hővezető anyag kiválasztása a rést, majd a feszültségkeretet, majd a kikeményedési és áteresztőképességi igényeket, végül a dielektromos követelményt kell meghatározni, és csak ezután kell összehasonlítani a túlélő jelöltek vezetőképességét.
A rés és a síkfelület az elsődleges szempont, mivel ezek kizárják az anyagcsaládok létezését. Egy ismert, lapos, ismételhető rés a betétek területe, míg egy változó vagy egyenetlen rés egy kiadagolt töltőanyagra vagy gélre utal, amely a kikeményedés előtt is képes alkalmazkodni. Ezután következik az összeszerelési feszültség: a vékony bevonatú vagy a nyomásra érzékeny cellák az alacsony feszültségű géleket és töltőanyagokat részesítik előnyben, és a bevonat túlzott összenyomása az alacsonyabb ellenállás elérése érdekében visszanyomja az erőt a cella belsejébe, ahol az káros.
A kötési viselkedés ezután eldönti, hogy az anyag hogyan illeszkedik a gyártósorhoz. Az egykomponensű (1K) rendszerek csökkentik a folyamat bonyolultságát, mivel nincs keverés, bár kötésük a környezeti feltételektől és a kötési vonal geometriájától függ. A kétkomponensű (2K) rendszerek nagyrészt a geometriától függetlenül kötést végeznek, és szélesebb kémiai összetételt kínálnak, a mérőkeveréses adagolás és a szigorúbb arányszabályozás rovására. Egyik sem nyer egyértelműen; a választás a mennyiséget, a ciklusidőt és azt követi, hogy a gyártósor mennyi adagolóberendezést tud indokolni.
A vezetőképesség az utolsó szűrő, mivel a határfelületi ellenállás gyakran meghaladja a tömeges vezetőképességet, ha a kötési vonal vékony. Egy olyan anyag, amely soha nem érintkezik teljesen a felülettel, gyengébben teljesít, mint egy alacsonyabb minősítésű, de illeszkedő anyag, így az adatlap száma csak azután segít, hogy a formai tényezővel és a feszültséggel kapcsolatos kérdéseket már tisztáztuk.
Elektromos szigetelés és hosszú távú megbízhatóság a csomagban
Két tulajdonság dönti el, hogy egy TIM túléli-e a csomagolást, ahelyett, hogy csak egy kezdeti próbatételen menne át: a dielektromos szilárdság és az öregedésállóság. A legtöbb akkumulátor-interfész anyag szigetelőként van kialakítva, így a cella hőt tud átadni egy fém hideglapnak anélkül, hogy vezető útvonalat hozna létre, de nem minden TIM szigetel. A tényleges kötési vonal dielektromos szilárdságának megerősítése alapvető fontosságú, mielőtt az anyagot rögzítenék.
Az interfészválasztás csendben kudarcot vall az öregedésben. Az interfész viselkedése közvetlenül befolyásolja a folyamatokat. az akkumulátor hőkezelése, mivel egy réteg, amely megreped, kiszárad vagy kiszivattyúzódik a kötésből, növeli a hőállóságot az egész csomagban. Egy olyan anyag, amely kiváló vezetőképességgel indul, de ismételt hőciklusok során kivándorol a kötési felületről, kevesebb valódi hűtést biztosít, mint egy stabil, de szerény névleges ellenállású anyag.
Az ellenőrzésnek ellenőriznie kell a határfelületi ellenállást a valós kötési vonal vastagságán, meg kell erősítenie a dielektromos szilárdságot, és a mintát termikus ciklusokkal és rezgéssel kell feszítenie, hogy megállapítsa, megtartja-e a pozícióját és folytonos marad-e. A kikeményedés teljessége a tényleges vonalon is számít, mivel egy nem kellően kikeményedett réteg egyáltalán nem viselkedhet úgy, mint a minősített anyag. Ezek az ellenőrzések megkülönböztetik a papíron jól kinéző anyagot attól, amely a csomagolásra kerülő terhelések alatt is megtartja névleges teljesítményét.
A TIM kiválasztása a hátizsák összeállításához
A megfelelő csatlakozási felület kiválasztása rendezési probléma, nem pedig a legmagasabb vezetőképességi érték keresése. Először a rést és a síkfelületet kell meghatározni, majd a cella feszültségkeretét, végül a vonalnak megfelelő kikeményedést, és a véglegesítés előtt ellenőrizni kell a dielektromos szilárdságot és a határfelületi ellenállást. A leggyakrabban félreértelmezett gondolat az, hogy a magasabb térfogati vezetőképességi érték nem csökkenti a csomagon belüli hőellenállást, ha az anyag soha nem illeszkedik a valódi kötési felülethez.
Ugyanez a rés-feszültség-keményedés-dielektromos sorrend vonatkozik az anyagcsaládokra: párnák lapos, ismételhető résekhez; adagolt töltőanyagok és gélek egyenetlen felületekhez és sérülékeny cellákhoz; ragasztók ott, ahol a csatlakozás szerkezetet hordoz; és kiöntőanyagok ott, ahol a mechanikai védelem ugyanolyan fontos, mint a hő. Az Trumonytechs hővezető párnákat, géleket, kiöntőanyagokat és szerkezeti ragasztókat illeszt a cella-hűtőfolyadék útvonalhoz a hűtőlemez mentén, így a határfelületi réteget ugyanazon korlátozások figyelembevételével választják ki, mint a hőtervezés többi részét.
GYIK
Mi a különbség a hővezető réstöltő, a réspárnák és a hővezető ragasztók között?
A réstöltő anyag idomul és alacsony feszültséget fejt ki, a réstömítő anyag tisztán kezelhető, de csak a lapos rést tölti ki, a hővezető ragasztó pedig vezetőképesség mellett köt. A töltőanyagok és gélek adagolásra kerülnek és a helyükön kötnek meg, a tömítőanyagok előformázottak és összenyomottak, a ragasztók pedig akkor kerülnek a képbe, amikor a kötésnek mechanikai szilárdságra is szüksége van.
Biztosítanak-e az akkumulátor hővezető anyagai elektromos szigetelést?
A legtöbb akkumulátor hővezető rétege (TIM) szigetelőrétegként van kialakítva, elegendő dielektromos szilárdságot biztosítva ahhoz, hogy a cella hőt tudjon a hideg lemezbe vinni, miközben blokkolja az áramot. A grafit és fém hőelosztók kivételt képeznek, mivel ezek vezetik az elektromos áramot, és csak ott a helyük, ahol egy másik réteg biztosítja a szigetelést.
1K vagy 2K réskitöltő, melyik illik egy nagy volumenű akkumulátor-sorozathoz?
Az 1K töltőanyag csökkenti a folyamat bonyolultságát, mivel nincs keverés, de a kikeményedése a környezeti feltételektől és a kötési vonal geometriájától függ. A 2K töltőanyag nagyrészt a geometriától függetlenül köt meg, és több vegyszert kínál, de a mérőkeverő berendezések és a szigorúbb arányszabályozás rovására, így a választás nyomon követi a termelési mennyiséget, a ciklusidőt és azt, hogy mennyi adagolóberendezést tud a gyártósor indokolttá tenni.
Milyen hővezető képességi tartományba esnek általában az akkumulátorok réskitöltő anyagai?
Az eldobható akkumulátor-hézagkitöltő anyagok általában nagyjából 1-6 W/m·K tartományba esnek, a pontos értéket pedig a töltőanyag mennyisége és az összetétel határozza meg. A közzétett adatok a vizsgálati módszertől függően is eltérnek, így egyetlen szállító adatain belül hasonlíthatók össze a legjobban, nem pedig az adatlapok között.
Miért nem javítja néha a nagyobb vezetőképességű TIM a csomag hűtését?
Egy olyan anyag, amely nem tud egyenetlen felülethez nyomódni, légréseket hagy maga után, amelyek uralják a hőutat, így a névleges vezetőképessége soha nem teljes mértékben érvényesül. A konformitás, a ciklikus igénybevétel alatti stabil pozíció és a vékony, folytonos kötési vonal általában jobban meghatározza a valódi hűtést, mint a névleges érték.
További olvasmányok
- Fraunhofer IFAM — réstöltők és hővezető ragasztók az elektromobilitáshoz — kutatóintézet (T2). Támogatja azt az álláspontot, hogy az összeszerelési áramlás és a tömörítési viselkedés, nem pedig egyedül a vezetőképesség, határozza meg a TIM teljesítményét egy akkumulátormodulban.
- Hővezető anyagok használata elektromos járművek akkumulátoraiban — gyártói műszaki cikk (T4). Támogatja a hővezető ragasztók és réstöltők szerepét, valamint a dielektromos követelményt az elektromos járművek akkumulátorcsomagjaiban.
Kapcsolódó cikkek
- Miért számít az akkumulátor védelme Elektromos jármű – hogyan hosszabbítja meg a cella-, modul- és akkumulátorkezelés a csomag élettartamát, azt a réteget, amelybe a TIM beépül.
- A hőkezelés fontossága az elektromos járművekben – miért fontos az akkumulátorcsomagok, a teljesítményelektronikai eszközök és a motorok stabil hőmérsékleti tartományban tartása.
- Elektromosjármű akkumulátor hűtése: A módszer összehangolása a hőterheléssel és a cellahőmérséklet egyenletességével – hogyan dönt a hőterhelés és a cellahőmérséklet egyenletessége a levegős, folyékony hűtőlemezes, bemerítéses és egyéb hűtési módszerek között.
- Az akkumulátor-hűtőrendszerek típusainak feltárása: Átfogó útmutató – egy séta a hűtőrendszer azon lehetőségein, amelyekbe a TIM végül hőt juttat.
- Az akkumulátor hőkezelése biztosítja a biztonságot és a teljesítményt – hogyan köti össze a csomag szintű hőkezelés a hűtést, a csatlakozóanyagokat és a biztonságot.
