Vật liệu cho pin xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng
Vật liệu cách nhiệt được thiết kế chuyên biệt cho hệ thống pin
Kiểm soát nhiệt độ, độ dao động khe hở, cách ly điện, rung động và độ lặp lại trong sản xuất, từ các mô-đun tế bào và tấm làm mát cho đến các linh kiện điện tử của hệ thống quản lý pin (BMS), bộ biến tần và vỏ chứa hệ thống lưu trữ tĩnh.
Trong những trường hợp nào vật liệu này phát huy hiệu quả
Lập bản đồ mọi giao diện trong hệ thống pin
Một bộ pin không chỉ có một giao diện nhiệt duy nhất. Các vùng khác nhau có thể cần các chức năng như truyền nhiệt, cách nhiệt, cách điện, liên kết hoặc bảo vệ khỏi tác động của môi trường.
Tế bào và mô-đun kết nối với tấm làm mát
Lấp đầy các khe hở có diện tích lớn và nhạy cảm với dung sai, đồng thời duy trì sự tiếp xúc mà không gây ra ứng suất quá mức lên các tế bào, mối hàn, bulông hoặc thiết bị làm mát.
Khám phá các giải pháp bù đắp thiếu hụt pin →
Bảng mạch, cảm biến và đầu nối BMS
Kiểm soát nhiệt độ của các bộ phận cục bộ đồng thời duy trì khoảng cách điện môi, giảm ứng suất lắp ráp và bảo vệ khỏi độ ẩm và rung động.
Đọc hướng dẫn về miếng tản nhiệt BMS →
Biến tần, bộ chuyển đổi và hệ thống sạc trên xe
Giảm điện trở giao diện xung quanh các linh kiện MOSFET, IGBT và mô-đun công suất, đồng thời tính đến các yếu tố như điện áp, lực kẹp và chu kỳ nhiệt.
Xem hướng dẫn về vật liệu IGBT →Các nhóm vật liệu
Hãy chọn chức năng trước khi xem xét các phản ứng hóa học
Hãy bắt đầu từ những yêu cầu chức năng mà lớp giao diện phải đáp ứng trong bộ sản phẩm hoàn chỉnh, sau đó so sánh các yếu tố như định dạng, mô-đun, độ dày, quá trình đóng rắn, khả năng cách điện và độ ổn định lâu dài.
Chất trám khe không cần tháo ra
Phù hợp với các khu vực rộng lớn, các khe hở thay đổi và bề mặt phức tạp với độ căng lắp ráp thấp.
- Phân phối tự động hoặc thủ công
- Kích thước hạt và thể tích được kiểm soát
- Tiếp xúc dạng đóng rắn mềm hoặc không đóng rắn
Miếng đệm cách nhiệt
Đảm bảo độ dày theo yêu cầu, vị trí lắp đặt chính xác và hình dạng cắt khuôn lặp lại được cho các mô-đun và linh kiện điện tử.
- Tấm, cuộn hoặc hình dạng theo yêu cầu
- Tiếp xúc được kiểm soát bằng áp suất nén
- Các phương án cách ly điện môi
Miếng đệm cách nhiệt
Giảm thiểu sự truyền nhiệt không mong muốn và bảo vệ các tế bào, cảm biến, vật liệu nhựa hoặc cấu trúc gói lân cận.
- Chức năng cách nhiệt
- Khoảng cách điện
- Miếng bảo vệ được cắt theo khuôn tùy chỉnh
Keo dẫn nhiệt
Kết hợp đường dẫn nhiệt được xác định rõ với phương pháp gắn kết kết cấu trong những trường hợp không thể sử dụng các chi tiết liên kết cơ khí.
- Liên kết kết hợp với truyền nhiệt
- Các tùy chọn đóng rắn 1K hoặc 2K
- Cụm lắp ráp chống rung
Đổ chất lỏng và đóng gói
Bảo vệ các linh kiện điện tử nhạy cảm của pin khỏi độ ẩm, bụi bẩn, va đập và tiếp xúc với dòng điện.
- Lấp đầy hoàn toàn hoặc có chọn lọc
- Cân bằng nhiệt và điện môi
- Quá trình đóng rắn và kiểm soát phản ứng tỏa nhiệt
Các giao diện không chứa silicone
Áp dụng cho các cụm lắp ráp mà hiện tượng di chuyển siloxan, ô nhiễm quang học hoặc quá trình liên kết ở các công đoạn tiếp theo là vấn đề cần quan tâm.
- Yêu cầu về tiếp xúc sạch
- Dạng miếng dán hoặc dạng dùng một lần
- Xác minh tính tương thích
So sánh định dạng
Điều chỉnh định dạng vật liệu cho phù hợp với giao diện thực tế
Ứng cử viên tiềm năng nhất là loại hoạt động hiệu quả ở độ dày lớp liên kết cuối cùng, áp suất tiếp xúc và các điều kiện sản xuất — chứ không phải là loại có chỉ số độ dẫn điện cao nhất khi xem xét riêng lẻ.
| Định dạng tài liệu | Giao diện pin phù hợp nhất | Ưu điểm chính | Các điểm cần lưu ý trong thiết kế |
|---|---|---|---|
| Chất trám khe dạng lỏng | Mảng mô-đun hoặc tế bào nối với tấm làm mát; các khe hở diện tích lớn có thể điều chỉnh | Khả năng tuân thủ tuyệt vời và khả năng phân phối có thể mở rộng | Hình dạng hạt, quá trình đóng rắn, độ lún, lỗ rỗng và khả năng sử dụng |
| Miếng tản nhiệt | Các thành phần BMS, vỏ thiết bị điện tử và khe hở của mô-đun được kiểm soát | Độ dày được xác định rõ ràng và vị trí lắp đặt chính xác | Lực nén, dung sai cắt khuôn và độ biến dạng vĩnh viễn do nén |
| Keo tản nhiệt | Các giao diện điện tử công suất mỏng, phẳng và được kẹp chặt | Đường ranh giới liên kết rất thấp và khả năng thấm ướt mạnh | Quá trình bơm ra, di chuyển, khối lượng ứng dụng và việc làm lại |
| Keo dán nhiệt | Tấm tản nhiệt, cảm biến, thanh dẫn điện hoặc linh kiện nguồn cần được cố định | Quá trình liên kết và truyền nhiệt trong một bước | Hồ sơ xử lý, mô đun, độ bền và chiến lược loại bỏ |
| Hỗn hợp trồng cây | Bảng mạch BMS, đầu nối, mô-đun điều khiển bộ pin và khoang bảo vệ | Bảo vệ môi trường và bảo vệ điện môi | Phản ứng tỏa nhiệt, khối lượng, sửa chữa, ứng suất và quá trình đóng rắn hoàn toàn |
| Miếng đệm cách nhiệt | Giữa các ô, các khu vực nguy hiểm và các công trình quan trọng | Chặn nhiệt có kiểm soát và tách điện | Hướng nhiệt, vị trí ngọn lửa, độ dày và hình dạng mép |
Quy trình lựa chọn
Xây dựng bản tóm tắt về vật liệu qua năm bước
Một bản tóm tắt kỹ thuật hữu ích sẽ liên kết cấu trúc vật lý với các yêu cầu có thể đo lường được về nhiệt, điện, cơ khí và sản xuất.
Xác định đường dẫn nhiệt
Xác định nguồn nhiệt, cấu trúc cần làm mát, diện tích tiếp xúc, đặc tính công suất và mức tăng nhiệt độ cho phép.
Đo khoảng cách
Ghi lại các giá trị khe hở tối thiểu, danh nghĩa và tối đa sau khi lắp ráp, bao gồm độ phẳng và tổng sai số tích lũy.
Đặt giới hạn ứng suất
Chuyển đổi các giới hạn của tế bào, bảng mạch in (PCB), mối hàn và vỏ thành áp suất nén cho phép hoặc mô-đun sau khi đóng rắn.
Chọn quy trình
Xác nhận vị trí đặt miếng đệm, thiết bị phân phối, thời gian mở, quá trình đóng rắn, kiểm tra và các yêu cầu về việc sửa chữa lại.
Xác minh độ tin cậy
Kiểm tra các bộ phận cuối cùng thông qua các thử nghiệm chu kỳ nhiệt, rung động, lão hóa, điện môi và tiếp xúc với môi trường.
Các biến số kỹ thuật
Cần xác định những yếu tố nào trước khi lấy mẫu?
Việc lựa chọn vật liệu pin sẽ hiệu quả hơn khi mẫu thử phản ánh chính xác hình dạng, áp suất và quy trình sản xuất cuối cùng. Hãy cung cấp một khoảng giá trị khi thiết kế chưa được chốt.
Chính giao diện pin đã lắp ráp — chứ không phải bất kỳ giá trị nào trong bảng thông số kỹ thuật — mới là yếu tố quyết định hiệu suất.Mục tiêu nhiệt
Tải nhiệt, giới hạn nhiệt độ, trở kháng nhiệt hoặc chênh lệch nhiệt độ cho phép tại giao diện trong điều kiện vận hành thực tế.
Khoảng cách và diện tích tiếp xúc
Khoảng hở tối thiểu, danh nghĩa và tối đa; kích thước bề mặt tiếp xúc; độ nhám bề mặt; độ phẳng; và phân bố dung sai.
Áp suất và mô-đun
Lực kẹp có thể đạt được, giới hạn ứng suất tế bào, độ dễ vỡ của linh kiện, tỷ lệ nén và độ biến dạng kích thước dự kiến.
Cách ly điện
Điện áp làm việc, độ bền điện môi, khoảng cách dọc và khoảng cách ngang, các cạnh dẫn điện, thanh dẫn và chiến lược nối đất.
Môi trường và độ tin cậy
Chu kỳ thay đổi nhiệt độ, rung động, độ ẩm, tiếp xúc với chất làm mát hoặc hóa chất, yêu cầu về khả năng chịu lửa và tuổi thọ sử dụng.
Quy trình sản xuất
Đặt vị trí thủ công hoặc tự động, tốc độ phân phối, độ nhớt, thời gian mở, quy trình đóng rắn, thời gian chu kỳ, kiểm tra và sửa chữa.
Phòng ngừa sự cố
Thiết kế nhằm ứng phó với các rủi ro phát sinh sau khi lắp ráp
Các mẫu thử nghiệm ban đầu có thể tản nhiệt tốt nhưng vẫn có thể bị hỏng sau khi trải qua các chu kỳ hoạt động, rung động hoặc do sự biến động trong quá trình sản xuất hàng loạt. Mỗi rủi ro đều cần có một biện pháp kiểm soát có thể kiểm chứng được.
Áp lực quá mức lên tế bào hoặc bảng mạch
Một miếng đệm quá cứng hoặc bị nén quá mạnh có thể truyền lực vào các tế bào, các mối hàn và vỏ thiết bị.
Xem lại hướng dẫn về nén →Mất liên lạc sau khi đi xe đạp
Độ biến dạng nén, hiện tượng rò rỉ, nứt vỡ hoặc thay đổi kích thước có thể làm tăng điện trở giao diện theo thời gian.
Xem các dạng hỏng hóc thường gặp của miếng đệm →Dư địa điện môi không đủ
Các giá trị điện môi tổng thể không thể thay thế cho việc kiểm tra xác nhận các cạnh cắt, các khoảng trống, sự biến thiên độ dày và hình học khoảng cách cách điện cuối cùng.
Đọc hướng dẫn cách nhiệt →Các khoảng trống hoặc việc phân phối không đồng đều
Hình dạng hạt, kích thước hạt, độ nhớt, khả năng thấm ướt bề mặt nền và điều kiện đóng rắn có thể gây ra sự không liên tục về nhiệt tại các vùng cục bộ.
Hiểu về tính chất của gel nhiệt →Di cư hay ô nhiễm
Các bộ phận tiếp xúc, linh kiện quang học, lớp phủ hoặc các mối hàn ở giai đoạn sau có thể nhạy cảm với silicone có thể cần áp dụng chiến lược không sử dụng silicone.
So sánh các sản phẩm không chứa silicone →Chữa trị căng thẳng và phản ứng tỏa nhiệt khi trồng cây vào chậu
Khối lượng chất độn lớn có thể sinh nhiệt và gây ra ứng suất co ngót xung quanh các tế bào, bảng mạch, đầu nối và các linh kiện dễ vỡ.
Lập kế hoạch cho hệ thống trồng cây trong chậu →Các nền tảng pin
Các kiến trúc khác nhau dẫn đến các ưu tiên về vật liệu khác nhau
Cấu trúc tế bào, phương pháp làm mát, cấu trúc cụm tế bào, mật độ công suất và môi trường vận hành đều ảnh hưởng đến sự cân bằng lý tưởng giữa độ mềm, độ dẫn điện và khả năng kiểm soát quy trình.
Bộ pin xe điện chở khách
- Tiếp xúc tấm làm lạnh diện tích lớn
- Thiết kế giảm thiểu căng thẳng và chú trọng đến khả năng chống va chạm
- Chu kỳ nhiệt và rung động
Hệ thống lưu trữ năng lượng cố định
- Tuổi thọ hoạt động lâu dài mà không cần bảo trì
- Bảo vệ mô-đun và vỏ bảo vệ
- Các mục tiêu về ngọn lửa, độ ẩm và quá trình lão hóa
Bộ sạc nhanh và chuyển đổi điện năng
- Sự truyền nhiệt trong IGBT và MOSFET
- Kiểm soát điện môi cao áp
- Độ ổn định ở nhiệt độ cao
Ắc-quy thương mại và công nghiệp
- Vỏ máy chắc chắn và rung động tại hiện trường
- Chiến lược sửa chữa và thay thế
- Khối lượng sản xuất biến động
Kế hoạch xác nhận
Hãy kiểm tra giao diện cuối cùng, không chỉ mẫu vật liệu
Dữ liệu phiếu thử nghiệm giúp so sánh các vật liệu ứng viên. Quá trình kiểm định hệ thống xác nhận liệu vật liệu được chọn có duy trì được tính tiếp xúc, tính cách điện và độ lặp lại của quy trình trong quá trình lắp ráp pin thực tế hay không.
Xem lại các tiêu chuẩn kiểm tra TIM phổ biến →Hiệu suất nhiệt
Sự gia tăng nhiệt độ, trở kháng nhiệt và phân bố các điểm nóng ở khoảng cách danh định và khoảng cách trong trường hợp xấu nhất.
Hành vi nén
Đáp ứng lực-biến dạng, phân bố áp suất, khả năng phục hồi độ dày và độ biến dạng vĩnh viễn do nén.
An toàn điện
Độ bền điện môi, điện trở cách điện và tính toàn vẹn của mép sau khi lắp ráp và lão hóa.
Lão hóa do tác động của môi trường
Chu kỳ nhiệt, độ ẩm, bảo quản ở nhiệt độ cao và khả năng tương thích với hóa chất hoặc chất làm mát.
Độ tin cậy cơ học
Khả năng chống rung, chống va đập, khả năng bám dính, khả năng chống nứt và độ ổn định khi tiếp xúc trong điều kiện biến dạng kích thước.
Năng lực sản xuất
Độ chính xác khi phun, vị trí đặt miếng đệm, khoảng thời gian đóng rắn, thời gian chu kỳ, tiêu chí kiểm tra và việc sửa chữa lại.
Từ mẫu thử đến sản xuất hàng loạt
Hiệu suất của vật liệu phải được duy trì trong suốt quá trình sản xuất
Haktak có thể hỗ trợ cả định dạng vật liệu lẫn công thức sản phẩm. Vui lòng cung cấp thông tin về các hạn chế về thiết bị, sản lượng hàng năm, kích thước bao bì, mẫu phân phối hoặc bản vẽ cắt khuôn ngay từ giai đoạn đầu của dự án.
Công thức tùy chỉnh
Điều chỉnh độ dẫn điện, độ nhớt, độ cứng, đặc tính đóng rắn, tính chất điện môi hoặc các yêu cầu về sản phẩm không chứa silicone.
Chế biến sản phẩm cắt khuôn
Cung cấp các miếng đệm, bộ phận cách nhiệt và các thành phần dính có mấu, lỗ, lớp lót và hình dạng bố trí.
Hỗ trợ phân phối
Điều chỉnh bao bì, tỷ lệ trộn, kim hoặc vòi phun, hình dạng hạt, kích thước phun và thời gian chu kỳ cho phù hợp với thiết bị.
Mẫu thử nghiệm
Hãy so sánh các định dạng sản phẩm và phạm vi đặc tính trước khi quyết định chọn khuôn mẫu cuối cùng hoặc bao bì sản xuất.
Nguồn lực kỹ thuật
Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho vật liệu pin có hiệu suất cao hơn
Hãy sử dụng các hướng dẫn này để xác định hình học bề mặt tiếp xúc, so sánh các định dạng vật liệu và lập một kế hoạch xác nhận thực tiễn.
Cách chọn mỡ tản nhiệt cho pin xe điện
Xem xét các yêu cầu về lớp giao diện mỏng, khả năng kiểm soát ứng dụng và tính ổn định lâu dài.
Đọc hướng dẫn về mỡ bôi trơn cho xe điện →Mỡ tản nhiệt cho hệ thống quản lý pin
Hiểu rõ các vấn đề liên quan đến tiếp xúc, di chuyển và khả năng bảo trì đối với các nguồn nhiệt của hệ thống quản lý pin (BMS).
Xem hướng dẫn về mỡ bôi trơn của BMS →Keo tản nhiệt so với miếng tản nhiệt
So sánh độ phù hợp với khe hở biến thiên, độ chính xác khi lắp đặt, áp suất và việc sửa chữa.
So sánh các định dạng vật liệu →Độ dày đường nối ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào
Hãy tìm hiểu lý do tại sao độ dày thực tế của bề mặt tiếp xúc lại là yếu tố không thể thiếu trong mọi so sánh về hiệu suất tản nhiệt.
Xem xét các hiệu ứng của đường liên kết →Tại sao giá trị W/mK cao chưa hẳn đã đồng nghĩa với khả năng làm mát tốt hơn
Cần cân bằng giữa độ dẫn điện với độ dày, áp suất, khả năng thấm ướt và độ tin cậy.
Xem hướng dẫn lựa chọn →Khám phá các sản phẩm vật liệu của Haktak
Xem xét các dòng sản phẩm cách nhiệt và keo dán hiện có cũng như các loại sản phẩm cụ thể.
Xem tất cả sản phẩm →Các câu hỏi thường gặp
Câu hỏi thường gặp về vật liệu điều hòa nhiệt độ cho pin xe điện
Việc lựa chọn cuối cùng cần được kiểm chứng trong điều kiện thực tế của tế bào, mô-đun, hệ thống làm mát và quy trình lắp ráp sản xuất.
Loại vật liệu cách nhiệt nào thường được sử dụng giữa mô-đun pin và tấm làm mát?
Chất lấp khe dạng lỏng và miếng đệm tản nhiệt mềm là những lựa chọn phổ biến ban đầu. Chất lấp khe dạng lỏng thích ứng tốt với các bề mặt tiếp xúc lớn và thay đổi, cũng như quy trình phân phối tự động, trong khi miếng đệm tản nhiệt mang lại độ dày xác định và khả năng đặt chính xác. Phạm vi khe hở, ứng suất tế bào, trở kháng nhiệt và phương pháp sản xuất sẽ quyết định loại hình nào phù hợp hơn.
Độ dẫn nhiệt cao hơn có phải lúc nào cũng tốt hơn cho bộ pin xe điện không?
Không. Hiệu suất nhiệt cuối cùng còn phụ thuộc vào độ dày lớp tiếp xúc, diện tích tiếp xúc bề mặt, áp suất, các khoảng trống và quá trình lão hóa. Một vật liệu có độ dẫn nhiệt cao nhưng lại dày, cứng hoặc được thi công không đúng cách có thể cho hiệu suất kém hơn so với một lựa chọn cân bằng hơn.
Miếng tản nhiệt cho pin nên được nén xuống bao nhiêu?
Giá trị mục tiêu phụ thuộc vào độ cứng, độ dày của miếng đệm, dung sai khe hở và lực lắp ráp cho phép. Lực nén phải đủ lớn để tạo ra tiếp xúc ổn định mà không gây quá tải cho các tế bào, bảng mạch, mối hàn hoặc vỏ thiết bị. Cần kiểm chứng kết quả về lực và nhiệt độ ở các giá trị khe hở tối thiểu và tối đa.
Khi nào nên xem xét sử dụng vật liệu cách nhiệt không chứa silicone?
Nên xem xét các lựa chọn không chứa silicone khi hiện tượng di chuyển siloxan có thể ảnh hưởng đến các điểm tiếp xúc điện, lớp phủ, hệ thống quang học hoặc quá trình liên kết ở các công đoạn sau. Các thử nghiệm về tính tương thích và ô nhiễm vẫn cần phản ánh đúng điều kiện của môi trường lắp ráp và sản xuất cuối cùng.
Liệu có loại vật liệu nào có thể vừa đảm bảo truyền nhiệt vừa đảm bảo liên kết kết cấu không?
Đúng vậy. Keo dẫn nhiệt có thể tạo ra đường dẫn nhiệt và đảm bảo độ bám dính cơ học, nhưng các yếu tố như quá trình đóng rắn, độ bền liên kết, mô-đun đàn hồi, tính chất điện môi, khả năng chịu chu kỳ nhiệt và khả năng vận hành phải được đánh giá một cách tổng thể.
Haktak cần những thông tin nào để đề xuất vật liệu pin?
Vui lòng cung cấp thông tin về nguồn nhiệt, bề mặt làm mát, diện tích tiếp xúc, dải khe hở, nhiệt độ mục tiêu, áp suất cho phép, điện áp, môi trường hoạt động, các thử nghiệm cần thiết, phương pháp lắp ráp, thời gian chu kỳ, yêu cầu về bao bì và khối lượng dự kiến.
Bắt đầu với việc lắp chồng các tế bào pin
Gửi thông tin về khoảng cách, tải nhiệt, điện áp và quy trình sản xuất
Haktak có thể hỗ trợ so sánh các loại miếng tản nhiệt, vật liệu lấp khe hở, vật liệu cách nhiệt, chất kết dính và vật liệu đúc bao bọc cho toàn bộ cụm pin xe điện hoặc cụm lưu trữ năng lượng.