Выбор термопрокладки для аккумулятора: ключевые критерии управления температурой аккумулятора электромобиля

Когда аккумуляторная батарея собрана, зазор между призматическим или пакетным элементом и охлаждающей пластиной никогда не бывает идеально равномерным. В этом зазоре находится термопрокладка аккумулятора. Он должен проводить тепло, поглощать изменения размеров и выдерживать сжатие, вибрацию и термоциклирование. Практический вывод прост: не выбирайте колодку только по теплопроводности, указанной в паспорте. Настоящий выбор начинается с допусков на интерфейс пакета и термического сопротивления при рабочем давлении.

В этой статье объясняется, что делает термопрокладка для аккумулятора, параметры, определяющие, будет ли она работать в полевых условиях, и как колодки Goode Thermex на уровне ячеек разработаны с учетом этих реалий.

Что на самом деле делает термопрокладка для аккумулятора

A термопрокладка для аккумулятора представляет собой слой, заполняющий зазоры, размещаемый между теплогенерирующими ячейками и охлаждающими конструкциями или корпусом пакета. Его основная задача — уменьшить контактное сопротивление, которое в противном случае удерживало бы тепло в элементе. На практике колодке также приходится сталкиваться с неровными поверхностями, механическими нагрузками и перепадами температур. В зависимости от конструкции интерфейса подкладка может быть достаточно мягкой, чтобы прилегать к ней, или достаточно жесткой, чтобы поддерживать компоненты.

Некоторые прокладки оптимизированы для теплопроводности, в то время как другие предназначены для задержки распространения тепла в случае выхода из-под контроля температуры. Именно из-за этой двойной роли одно и то же семейство продуктов может включать в себя как решения с высокой проводимостью, так и решения с усиленной изоляцией. В таблице ниже перечислены параметры, которые имеют значение при оценке колодки для комплекта электромобилей.

В производственной программе эти параметры не оцениваются изолированно. Подставка является частью системы, включающей охлаждающие поверхности ячеек, каркасы модулей и корпус блока. Изменение типа элемента или конструкции пластины жидкостного охлаждения может привести к переоценке компрессионных и тепловых характеристик колодки.

Критерии выбора термопрокладок для аккумуляторов электромобилей

Начните с допуска интерфейса

Допуски по высоте ячеек, плоскостность охлаждающей пластины и последовательность сборки определяют, какое отклонение должна обеспечивать колодка. Если прокладка слишком тонкая, она не сможет заполнить зазор; если он слишком мягкий, он может опуститься вниз или потерять контакт после езды на велосипеде. Для многих интерфейсов прокладка, сочетающая слой мягкого пенопласта с сердцевиной из аэрогеля и ПЭТ-пленкой, обеспечивает сбалансированный диапазон сжатия. На основе этой структуры построена термопрокладка для аккумулятора Goode GA100.

Термопрокладка для аккумулятора GA100 с пенополиуретаном, аэрогелем и ПЭТ-пленкой Эта прокладка сочетает в себе пенополиуретан, аэрогель и ПЭТ-пленку для обеспечения сбалансированного сжатия и теплоизоляции. Его структура обеспечивает стабильный контакт между элементами и охлаждающими пластинами, устраняя проблемы с зазорами и деформацией при сжатии в аккумуляторных блоках электромобилей. Просмотреть продукт →

Пока прокладка заполняет пробел, разработчик упаковки также должен знать, какую силу она оказывает на ячейки. Слишком большая сила может деформировать корпус; слишком малое давление оставляет путь с высоким сопротивлением. Накладка с контролируемым набором сжатия помогает интерфейсу оставаться стабильным на протяжении всего срока службы.

Допуск сборки также является вопросом стоимости. Жесткие допуски на охлаждающей пластине могут упростить выбор колодки, но увеличить стоимость обработки или упаковки. Соответствующая колодка может принимать более широкий диапазон допусков, что часто улучшает общий баланс затрат и технических средств без ущерба для тепловых характеристик.

Теплопроводность — это не тепловой импеданс

В технических характеристиках обычно указывается теплопроводность, но прокладка в упаковке редко работает с ровным и идеальным контактом. Термический импеданс включает в себя сопротивление интерфейса между колодкой и каждой поверхностью, которое зависит от давления, плоскостности и твердости колодки. Материал с высокой проводимостью, но плохой прилегаемостью может работать хуже, чем более мягкий материал с более низкой проводимостью. Вот почему тестирование на уровне продукта внутри репрезентативного модуля более полезно, чем просто сравнение показателей проводимости.

Просматривая результаты испытаний, спросите, проводились ли измерения при предполагаемом проценте сжатия и на поверхностях, аналогичных фактической охлаждающей пластине. Подушка, которая выглядит впечатляюще на жесткой гладкой испытательной пластине, может вести себя по-другому, когда ее прижимают к штампованной алюминиевой пластине с закрученным рисунком или неровным зазором.

Электрическая изоляция и диэлектрическая прочность

Во многих конструкциях аккумуляторов для электромобилей термопрокладка также находится между аккумулятором и металлическим оборудованием охлаждения. Это делает диэлектрическую прочность параметром безопасности, а не просто свойством материала. Прокладка с армирующей пленкой может обеспечить постоянную изоляционную границу, сохраняя при этом возможность прохождения тепла. В термопрокладке для аккумулятора Goode GA200 используется нано-силиконовая рамка с ПЭТ-пленкой, обеспечивающая изоляционную роль в рамочном, частично сжатом интерфейсе.

Термопрокладка для аккумулятора GA200 с нано-силиконовой рамкой и ПЭТ-пленкой Эта накладка с наносиликоновым каркасом и ПЭТ-пленкой обеспечивает диэлектрическую прочность и механическую амортизацию. Он обеспечивает постоянную изоляцию и поддержку интерфейсов между элементами и металлическим оборудованием, помогая контролировать температуру. Просмотреть продукт →

Испытания на надежность также должны включать в себя старение и термоциклирование. Подушка, которая со временем теряет толщину или затвердевает, увеличивает термическое сопротивление и в конечном итоге создает горячую точку. Значения деформации при сжатии и твердости по Шору являются полезными отправными точками, но их необходимо сверить с конкретными материалами ячейки и охлаждающей пластины, используемыми в производственной программе.

Что необходимо подтвердить при оценке поставщика

Что касается закупок, термопрокладка является инженерным компонентом, а не товаром. Первым шагом является подтверждение того, что поставщик может обеспечить одинаковую толщину и твердость для всех партий. Второй — проверить реакцию колодки после термического старения и циклической нагрузки, поскольку именно здесь возникает большинство сбоев в работе. Поставщик, который может поделиться структурированными данными от Ecovadis или ответственных инициатив по добыче полезных ископаемых, также может обеспечить большую уверенность в цепочке поставок материала, но физическая проверка остается решающим фактором.

• Запрашивайте образцы из нескольких производственных партий, а не только образцы, отобранные вручную.
• Измерьте высоту и твердость колодки до и после испытания на сжатие.
• Функциональное тестирование площадки с фактической геометрией ячейки и охлаждающей пластины.
• Проверьте, как ведет себя колодка при моделировании температурного разгона, если этого требует архитектура блока.

Эти проверки снижают риск выбора материала, который работает в лаборатории, но вызывает отказы во время серийного производства.

Как аккумуляторные подушечки Goode Thermex решают проблему терморегулирования

Пэды клеточного уровня

На уровне ячейки термопрокладка должна учитывать геометрию ячейки и окружающей структуры. Возможно, ему также придется выдерживать высокие температуры на ближнем конце в случае перегрева. Линия защиты клеток Thermex компании Goode включает в себя прокладки, в которых для этой цели сочетаются различные системы материалов. Например, силиконовый каркас и сердцевина из аэрогеля могут повысить структурную устойчивость, ограничивая при этом передачу тепла в необходимом направлении. Термоподушка для аккумулятора Goode GA310 является одним из примеров такой конфигурации.

Термопрокладка для аккумулятора GA310 с силиконовой рамкой и сердечником из аэрогеля В этой подушке используется силиконовый каркас и сердцевина из аэрогеля, которые сочетают высокотемпературную изоляцию со структурной устойчивостью. Он помогает поддерживать стабильные температурные условия и амортизацию, подходит для защиты от элемента к блоку в требовательных аккумуляторных приложениях. Просмотреть продукт →

Выбор между конструкциями на основе пены или силикона зависит от того, как собран рюкзак и что должна защищать накладка. Подушка со слоем пенопласта с закрытыми порами может обеспечить большую прилегаемость при низком давлении, тогда как подушка с силиконовым каркасом может обеспечить лучшую стабильность размеров для пакета ячеек, который выдерживает высокие нагрузки сдвига.

Защита на уровне модулей и пакетов

Термическая стратегия не ограничивается клеткой. Элементы уровня модуля, такие как торцевые пластины и предохранительные пластины, контролируют, куда может распространяться тепло во время термического воздействия. Защита на уровне упаковки включает изоляцию пола и боковых стенок корпуса, а также интерфейсы пластин жидкостного охлаждения. Выбор термопрокладки без учета этих соседних слоев может привести к накоплению достаточного количества тепла, что повлияет на производительность блока, но выбор прокладки с реалистичным поведением интерфейса может помочь защитить всю электрическую и тепловую цепь.

Модуль Thermex компании Goode и линии защиты упаковки предназначены для работы в том же системном контексте, что и подушки клеточного уровня. Комбинация изоляционного материала, структурных компонентов и термопрокладок определяет, как пакет будет работать в нормальных условиях эксплуатации и в случае выхода из-под контроля температуры.

Выбор термопрокладки для аккумулятора начинается с зазора и заканчивается проверкой. Наиболее важными решениями являются допуск на интерфейс, термический импеданс при рабочем давлении, остаточная деформация при сжатии, диэлектрическая прочность и диапазон рабочих температур. Это не независимые ценности; они взаимодействуют с геометрией ячейки, отделкой охлаждающей пластины и усилием сборки. Накладка, которая выглядит нормально в технических характеристиках, может выйти из строя в упаковке из-за несоответствия твердости и размера зазора.

Защита аккумуляторных элементов Thermex от Goode предлагает несколько вариантов материалов для этого выбора: от комбинаций пенополиуретана и аэрогеля до конструкций с силиконовым каркасом. Правильный выбор – тот, который проверен в реальной геометрии. Более широкий взгляд на управление температурным режимом аккумуляторов электромобилей см. в нашем руководстве по максимизации эффективности и безопасности при проектировании системы охлаждения аккумуляторов электромобилей.