Miếng tản nhiệt được sử dụng trong các hệ thống quản lý pin (BMS) để dẫn nhiệt từ các linh kiện điện tử của BMS sang vỏ kim loại, tấm tản nhiệt, tấm làm mát hoặc các bề mặt làm mát khác. Chúng lấp đầy khoảng trống không khí giữa các bộ phận sinh nhiệt và cấu trúc làm mát. Một miếng tản nhiệt chất lượng tốt sẽ cải thiện độ tiếp xúc, giảm các điểm nóng cục bộ và giúp nhiệt độ bo mạch ổn định hơn.
Các nguồn nhiệt chính có thể bao gồm các điện trở cân bằng tế bào, MOSFET bảo vệ, các linh kiện cảm biến dòng điện, bộ chuyển đổi nguồn, bộ điều khiển cổng, mạch truyền thông và bộ xử lý BMS. Phần nóng nhất phụ thuộc vào kiến trúc và chế độ hoạt động. Cơ chế cân bằng thụ động có thể tạo ra nhiệt tập trung xung quanh các cụm điện trở. Dòng điện sạc và xả có thể làm nóng các thiết bị bảo vệ và điện trở shunt. Bộ pin cao áp cũng có thể khiến BMS nằm trong một khoang kín ấm với luồng không khí hạn chế.
Miếng tản nhiệt BMS phù hợp không chỉ đơn thuần là sản phẩm có giá trị W/mK cao nhất. Các kỹ sư cũng phải xem xét độ dày đường nối cuối cùng, lực nén, độ bền điện môi, tiếp xúc bề mặt, độ cứng của miếng đệm, dải nhiệt độ, yêu cầu về khả năng chống cháy và quá trình lão hóa. Miếng đệm phải làm mát các linh kiện điện tử mà không làm cong bo mạch in (PCB), gây áp lực lên các mối hàn hoặc làm thay đổi nhiệt độ được đo bởi các cảm biến lân cận.
Hệ thống quản lý pin cần những yếu tố nào để duy trì nhiệt độ mát mẻ?
Hệ thống quản lý pin (BMS) đo điện áp tế bào, dòng điện của cụm pin và nhiệt độ. Hệ thống này ước tính mức độ sạc (SOC) và tình trạng sức khỏe (SOH). Ngoài ra, hệ thống còn điều khiển quá trình cân bằng, các rơle tiếp điểm, giới hạn sạc, giới hạn xả và các phản ứng khi xảy ra sự cố. Dữ liệu chính xác là yếu tố then chốt cho các quyết định này. Trong phần tổng quan của mình, Analog Devices mô tả độ chính xác và độ ổn định của BMS theo thời gian, nhiệt độ và điều kiện hoạt động là yếu tố thiết yếu để giám sát tế bào pin một cách đáng tin cậy. tuổi thọ của hệ thống quản lý pin.
Một hệ thống quản lý pin (BMS) có thể tiêu thụ công suất ít hơn nhiều so với chính viên pin mà nó điều khiển, nhưng nhiệt lượng do hệ thống này sinh ra lại tập trung trên một bảng mạch in (PCB) có diện tích nhỏ. Bảng mạch này có thể được đặt bên trong một vỏ kim loại kín, nơi luồng không khí tự nhiên lưu thông rất ít. Các tế bào pin, thanh dẫn điện, công tắc tiếp điểm và các linh kiện điện tử công suất nằm gần đó có thể làm tăng nhiệt độ môi trường xung quanh tại khu vực đó. Điều này khiến việc giải nhiệt cho lượng nhiệt sinh ra từ các linh kiện – dù chỉ ở mức vừa phải – trở nên khó khăn hơn.
Điện trở cân bằng tế bào và tản nhiệt cho bo mạch BMS
Cân bằng thụ động làm tiêu hao năng lượng dư thừa của các tế bào dưới dạng nhiệt. Giá trị điện trở, dòng điện cân bằng, số kênh hoạt động và chu kỳ làm việc quyết định tổng mức tổn thất. Có thể sử dụng nhiều điện trở cùng lúc. Nhiệt tỏa ra từ chúng có thể làm tăng nhiệt độ của bảng mạch in (PCB), vi mạch giám sát pin và các đầu nối lân cận.
Miếng tản nhiệt không nhất thiết phải tiếp xúc trực tiếp với từng điện trở. Trong một số bố trí mạch, các lớp đồng sẽ phân tán nhiệt đến một khu vực miếng tản nhiệt được xác định sẵn ở mặt sau của bảng mạch in (PCB). Miếng tản nhiệt đó sau đó sẽ dẫn nhiệt vào vỏ thiết bị. Trong các thiết kế khác, miếng tản nhiệt tiếp xúc với mặt trên của một nhóm điện trở. Cả hai phương pháp đều có thể hoạt động, nhưng chúng tiềm ẩn những rủi ro về điện và cơ học khác nhau.
MOSFET, điện trở phân áp và các linh kiện bảo vệ trong hệ thống quản lý pin (BMS)
Các MOSFET bảo vệ có thể gây ra tổn thất dẫn điện và tổn thất chuyển mạch. Các mạch phân luồng dòng điện tiêu tán công suất theo công thức: dòng điện bình phương nhân với điện trở. Các bộ chuyển đổi DC/DC, bộ điều chỉnh tuyến tính, bộ điều khiển cổng và mạch nạp trước cũng tạo thêm nhiệt. Các nguồn nhiệt này có thể chỉ hoạt động ở một số chế độ nhất định, do đó, thử nghiệm ở chế độ không tải ổn định có thể bỏ sót điều kiện hoạt động xấu nhất.
Nếu MOSFET là nguyên nhân chính gây ra tổn thất, hãy sử dụng miếng đệm có thể duy trì tiếp xúc trong phạm vi dung sai của vỏ đóng gói và bảng mạch in mà không gây quá tải cho các chân dẫn hoặc các mối hàn. Quy trình lựa chọn trong Miếng tản nhiệt cho MOSFET: Hướng dẫn lựa chọn dành cho kỹ sư cũng áp dụng cho các cấp độ bảo vệ của hệ thống quản lý pin (BMS), đặc biệt là khi nhiều mô-đun cùng chia sẻ một bề mặt vỏ bảo vệ.
IC giám sát pin, bộ xử lý và các thiết bị truyền thông cách ly
Các mạch tích hợp (IC) giám sát pin và bộ xử lý thường có mức tổn thất công suất thấp hơn so với các linh kiện cân bằng hoặc MOSFET. Tuy nhiên, chúng vẫn có thể nhạy cảm với nhiệt độ cục bộ. Nhiệt độ quá cao có thể làm giảm biên độ an toàn điện, làm tăng độ trôi hoặc làm giảm tuổi thọ của linh kiện. Sự chênh lệch nhiệt độ trên bảng mạch cũng có thể gây khó khăn cho việc bù nhiệt độ.
Việc làm mát các linh kiện này cần được thực hiện một cách có chủ đích. Một miếng tản nhiệt lớn bao phủ toàn bộ bo mạch có thể khiến mạch chính xác bị ảnh hưởng bởi vùng nóng của vỏ máy. Một miếng tản nhiệt nhỏ hơn, được phân vùng cụ thể, có thể mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn. Mục tiêu không phải là làm cho mọi linh kiện đều có cùng nhiệt độ. Mục tiêu là duy trì các bộ phận quan trọng trong giới hạn cho phép đồng thời đảm bảo độ chính xác của cảm biến.
Miếng tản nhiệt BMS không phải là một hệ thống làm mát pin hoàn chỉnh
Cụm từ “quản lý nhiệt pin” thường đề cập đến việc kiểm soát nhiệt độ của các tế bào và mô-đun bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng, chất làm lạnh, ống dẫn nhiệt hoặc các hệ thống thay đổi pha. Miếng tản nhiệt trên bo mạch BMS chỉ đóng vai trò hạn chế hơn. Nó giúp tản nhiệt khỏi các bộ điều khiển điện tử và có thể hỗ trợ kết nối các bề mặt cụ thể của cụm pin, nhưng không thể thay thế cho một hệ thống làm mát tế bào pin được thiết kế đúng cách.
Các nghiên cứu của NREL về Mô phỏng thiết kế hệ thống quản lý nhiệt cho pin nhấn mạnh cả nhiệt độ hoạt động lẫn độ đồng đều nhiệt độ giữa các tế bào và mô-đun. Những mục tiêu ở cấp độ cụm pin này đòi hỏi một thiết kế tản nhiệt toàn diện. Các miếng đệm tản nhiệt của Hệ thống Quản lý Pin (BMS) hỗ trợ thiết kế đó bằng cách đảm bảo độ tin cậy cho các linh kiện điện tử giám sát và điều khiển. Chúng không nên được coi là biện pháp bảo vệ có thể tự mình ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt mất kiểm soát.
Sự phân biệt này rất quan trọng trong quá trình phân tích nguyên nhân gốc rễ. Nếu các tế bào pin bị nóng do lưu lượng chất làm mát kém, việc lắp thêm miếng dẫn nhiệt có độ dẫn nhiệt cao hơn vào bo mạch BMS sẽ không giải quyết được vấn đề của tế bào pin. Nếu bộ xử lý BMS bị khởi động lại do các điện trở cân bằng làm nóng khoang điều khiển kín, việc lắp miếng dẫn nhiệt chuyên dụng giữa bo mạch và vỏ máy có thể mang lại hiệu quả.
Cách các miếng tản nhiệt giúp cải thiện khả năng tản nhiệt của hệ thống quản lý pin (BMS)
Không khí là chất dẫn nhiệt kém so với vật liệu giao diện nhiệt có chất lấp đầy. Bề mặt thực tế của linh kiện, bảng mạch in (PCB) và vỏ thiết bị không hoàn toàn phẳng. Nếu không có lớp giao diện linh hoạt, sự tiếp xúc chỉ xảy ra tại các điểm cao nhất. Khoảng trống còn lại đóng vai trò như một khe hở cách nhiệt.
Miếng đệm cách nhiệt sẽ biến dạng dưới áp lực lắp ráp. Nó bám sát kết cấu bề mặt và bù đắp sự chênh lệch về chiều cao. Nhờ đó, nhiệt có thể truyền từ linh kiện hoặc bảng mạch in (PCB) qua miếng đệm này và vào một cấu trúc tản nhiệt lớn hơn. Cấu trúc đó có thể là nắp BMS, tấm đế nhôm, vỏ đúc, bộ tản nhiệt thanh dẫn điện hoặc tấm làm mát được cách ly với các linh kiện điện tử. HakTak’s miếng đệm nhiệt được thiết kế dành cho loại đường dẫn nhiệt tuân thủ tiêu chuẩn giữa linh kiện và vỏ hoặc giữa bảng mạch in (PCB) và vỏ.
Quá trình truyền nhiệt hoàn chỉnh có thể diễn ra như sau:
- Điểm nối bán dẫn hoặc thân điện trở
- Gói linh kiện và kết nối hàn
- Các lớp đồng và lớp điện môi trên bảng mạch in (PCB)
- Miếng tản nhiệt BMS
- Vỏ kim loại hoặc bộ tản nhiệt
- Mạch làm mát không khí xung quanh hoặc mạch làm mát bộ tản nhiệt
Mỗi lớp đều làm tăng điện trở nhiệt. Miếng đệm có thể cải thiện một điểm tiếp xúc yếu, nhưng không thể bù đắp cho việc bố trí mạch đồng kém, vỏ máy có kích thước không phù hợp hoặc hệ thống làm mát bên ngoài không đủ. Đây chính là lý do tại sao việc lựa chọn vật liệu tiếp xúc nhiệt nên được tiến hành sau khi đã nắm rõ đường dẫn nhiệt chính.
Cách chọn miếng tản nhiệt cho bo mạch BMS
Miếng dẫn nhiệt tốt nhất cho hệ thống quản lý pin (BMS) là loại vật liệu tuân thủ yêu cầu có độ dày mỏng nhất, vẫn duy trì được tiếp xúc trong phạm vi dung sai sản xuất, giữ nhiệt độ các linh kiện trong giới hạn mục tiêu, đảm bảo cách ly điện cần thiết và duy trì độ ổn định cơ học trong suốt vòng đời sản phẩm.
| Yếu tố lựa chọn | Những điều cần kiểm tra đối với hệ thống quản lý pin (BMS) | Các sự cố thường gặp nếu không được chú ý |
| Tải nhiệt | Mất mát theo thành phần và chế độ vận hành | Các điểm nóng chỉ xuất hiện trong quá trình cân bằng hoặc khi dòng điện cao |
| Phạm vi chênh lệch | Khoảng hở tối thiểu và tối đa sau khi lắp ráp | Không có va chạm tại một đơn vị hoặc sử dụng vũ lực quá mức tại một đơn vị khác |
| Điện trở nhiệt | Dữ liệu ở áp suất và độ dày tương ứng | Miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt cao (W/mK) khiến nhiệt độ hệ thống không đạt như mong đợi |
| Lực nén | Áp suất ở các giới hạn dung sai | Vẹo bảng mạch in (PCB), hư hỏng do hàn, lỗi lắp đặt linh kiện |
| Cách điện | Điện áp phá hủy và điện trở cách điện | Mạch ngắn với vỏ kim loại nối đất hoặc đang dẫn điện |
| Độ cứng và khả năng uốn cong | Liên hệ về các linh kiện và sự khác biệt giữa các bo mạch | Các túi khí và áp suất không đồng đều |
| Phạm vi nhiệt độ | Giới hạn sử dụng liên tục và số lần sạc/xả | Sự cứng lại, nứt, biến dạng chậm hoặc mất độ dính |
| Tính dễ cháy | Yêu cầu về sản phẩm và quy định | Vật liệu không đạt tiêu chuẩn an toàn ở cấp độ lô hàng |
| Độ tin cậy | Lão hóa do nhiệt, độ ẩm, rung động và nén | Độ bám dính giảm dần theo thời gian sử dụng |
| Sản xuất | Cắt khuôn, tách lớp lót, định vị, chỉnh sửa | Sự lệch trục, rách, nhiễm bẩn, không khí bị kẹt |
Hãy bắt đầu với biểu đồ công suất của BMS, chứ không phải bảng thông số kỹ thuật của tấm pin
Tính toán hoặc đo lường tổn thất của các linh kiện trong tất cả các chế độ quan trọng. Bao gồm các trạng thái sạc, xả, cân bằng, ngủ, thức dậy, sự cố và truyền thông. Xác định các trường hợp mà nhiều kênh cân bằng hoạt động trong khi vỏ gói pin đã nóng. Bao gồm dung sai về điện trở MOSFET, điện trở shunt, hiệu suất bộ chuyển đổi và điện áp nguồn.
Sử dụng cặp nhiệt điện, cảm biến nhiệt độ điện trở, phương pháp đo hồng ngoại đã được hiệu chuẩn hoặc ước tính nhiệt độ gói hàng tùy theo từng trường hợp cụ thể. Hình ảnh hồng ngoại rất hữu ích trong việc xác định các vùng nóng, nhưng hệ số phát xạ và hiện tượng phản xạ từ bề mặt kim loại có thể gây ra sai số. Cần xác nhận các điểm quan trọng bằng cảm biến tiếp xúc.
Xác định nhiệt độ bề mặt làm mát
Một tấm tản nhiệt chỉ truyền nhiệt sang một bề mặt khác. Bề mặt đích đó phải luôn mát hơn nguồn nhiệt. Hãy đo hoặc mô phỏng nhiệt độ bên trong vỏ thiết bị trong cùng chế độ hoạt động xấu nhất. Nếu vỏ thiết bị bị làm nóng bởi các tế bào hoặc công tắc tiếp điểm lân cận, nó có thể trở thành một bộ tản nhiệt kém hiệu quả.
Đường dẫn nhiệt cũng có thể đảo chiều trong quá trình khởi động lạnh hoặc khi bộ pin được làm nóng nhanh. Hiện tượng truyền nhiệt có thể làm nóng các linh kiện điện tử của hệ thống quản lý pin (BMS) từ vỏ bảo vệ. Cần kiểm tra cả hai hướng khi bộ pin hoạt động trong dải nhiệt độ môi trường rộng.
So sánh độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của miếng tản nhiệt cho hệ thống quản lý pin (BMS)
Độ dẫn nhiệt, được biểu thị bằng đơn vị W/mK, mô tả mức độ dễ dàng mà nhiệt truyền qua vật liệu. Trở kháng nhiệt mô tả mức độ cản trở của một cấu trúc giao diện cụ thể trong các điều kiện đã nêu. Đối với bảng mạch BMS, trở kháng nhiệt thường gần với kết quả mà các kỹ sư quan tâm hơn vì nó bao gồm cả độ dày và các hiệu ứng tiếp xúc.
Đối với một lớp đồng nhất đơn giản, điện trở nhiệt được tính như sau:
R = t / (k × A)
Ở đây, t là độ dày sau khi nén, k là độ dẫn nhiệt, và A là diện tích truyền nhiệt hiệu dụng. Phương trình này hữu ích để xác định hướng, nhưng trên thực tế, miếng đệm khe hở cũng có điện trở tiếp xúc tại cả hai bề mặt. Độ mềm, áp suất, độ bám dính, độ phẳng và độ nhám đều ảnh hưởng đến các tiếp xúc này.
Tại sao giá trị W/mK cao không đảm bảo hệ thống làm mát BMS sẽ hiệu quả hơn
Một miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt 6 W/mK có thể hoạt động kém hơn so với miếng đệm có hệ số dẫn nhiệt 3 W/mK nếu sản phẩm đầu tiên dày hơn nhiều hoặc quá cứng, dẫn đến không tiếp xúc tốt. Hàm lượng chất độn cao có thể làm tăng hệ số dẫn nhiệt đồng thời cũng làm tăng độ cứng. Miếng đệm cứng hơn có thể để lại các khe hở xung quanh các gói linh kiện nhỏ hoặc truyền quá nhiều lực vào bảng mạch.
Bài viết của HakTak về Tại sao giá trị W/mK cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất làm mát tốt hơn giải thích sự đánh đổi này trên phương diện thực tiễn. Khi lựa chọn hệ thống quản lý pin (BMS), nên so sánh các phương án có cùng khoảng cách cuối cùng, áp suất, diện tích và nhiệt độ, thay vì xếp hạng chúng dựa trên độ dẫn điện danh nghĩa.
Sử dụng dữ liệu thử nghiệm nhiệt có thể so sánh được
ASTM D5470 Phương pháp này bao gồm các phép đo trở kháng nhiệt ở trạng thái ổn định và độ dẫn nhiệt biểu kiến đối với các vật liệu cách điện có tính dẫn nhiệt. Phương pháp này hữu ích trong việc so sánh các vật liệu giao diện, nhưng ASTM lưu ý rằng các điều kiện dòng nhiệt lý tưởng hóa của phương pháp này không phản ánh trực tiếp hầu hết các ứng dụng thực tế. Do đó, dữ liệu từ nhà cung cấp nên được sử dụng để hỗ trợ quá trình sàng lọc vật liệu, sau đó tiến hành thử nghiệm lắp ráp.
Sự khác biệt giữa độ dẫn điện thể tích và hiệu suất giao diện toàn phần sẽ được trình bày chi tiết hơn trong Độ dẫn nhiệt so với trở kháng nhiệt trong việc lựa chọn vật liệu dẫn nhiệt (TIM). Khi xem xét các báo giá, hãy yêu cầu từng nhà cung cấp cung cấp thông tin về phương pháp thử nghiệm, độ dày mẫu, áp suất, nhiệt độ, cũng như liệu con số được báo cáo là giá trị điển hình hay giá trị được đảm bảo.
Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho hệ thống quản lý pin
Độ dày của miếng đệm phải được xác định dựa trên tổng dung sai cơ khí. Đo khoảng cách giữa bề mặt của linh kiện mục tiêu hoặc bề mặt PCB và bề mặt tản nhiệt. Cần tính đến chiều cao linh kiện, độ dày lớp hàn, độ cong của PCB, độ phẳng của vỏ, vị trí bulông, độ nén của gioăng, dung sai của miếng đệm và độ biến thiên trong quá trình lắp ráp.
Miếng đệm danh định phù hợp thường là loại mỏng nhất trong số các lựa chọn có sẵn mà vẫn đảm bảo tiếp xúc ở khe hở lớn nhất. Độ dày thêm sẽ làm tăng điện trở nhiệt. Điều này cũng làm tăng lượng vật liệu phải biến dạng ở khe hở nhỏ nhất.
Tính toán độ nén của miếng đệm tản nhiệt BMS ở các giới hạn dung sai cực đại
Độ nén có thể được ước tính như sau:
Nén (%) = (bản gốc miếng đệm (độ dày – khe hở cuối cùng) / độ dày ban đầu của miếng đệm × 100
Giả sử một miếng đệm có kích thước danh nghĩa 2,0 mm phải lấp đầy khe hở có độ rộng từ 1,5 đến 1,8 mm. Tại khe hở tối đa 1,8 mm, lực nén là 10%. Tại khe hở tối thiểu 1,5 mm, lực nén là 25%. Miếng đệm phải duy trì tiếp xúc hữu ích ở mức 10% đồng thời phải nằm trong giới hạn lực của bảng mạch ở mức 25%.
Nếu một miếng đệm bao phủ nhiều linh kiện, hãy lặp lại phép tính này tại một số vị trí khác nhau. Miếng đệm có thể bị nghiêng, và bảng mạch in (PCB) có thể bị uốn cong giữa các điểm cố định. Một góc có thể chịu lực nén rất nhỏ trong khi góc khác lại bị quá tải.
Hướng dẫn của HakTak về Cách chọn độ dày miếng tản nhiệt cho các thiết bị điện tử cung cấp một phương pháp tính dung sai toàn diện hơn. Trong các tính toán nhiệt, hãy sử dụng độ dày đường nối nén thay vì độ dày danh nghĩa của tấm, như đã giải thích trong Độ dày đường nối ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất cách nhiệt.
Tránh sử dụng các miếng đệm dày để che giấu thiết kế vỏ máy không được kiểm soát
Một miếng đệm dày và mềm có thể bù đắp được sự chênh lệch kích thước lớn, nhưng lại gây ra tổn thất nhiệt. Trước khi chấp nhận một khe hở giao diện 4 hoặc 5 mm, hãy kiểm tra xem liệu việc sử dụng một chốt kim loại đúc sẵn, bộ tản nhiệt cục bộ, bộ phận hỗ trợ bo mạch hay thay đổi thiết kế vỏ máy có thể thu hẹp khe hở đó hay không. Một thay đổi cơ học nhỏ có thể cải thiện hiệu quả tản nhiệt nhiều hơn so với việc tăng đột biến độ dẫn nhiệt với chi phí cao.
Các miếng đệm lớn không được gia cố cũng có thể bị chùng xuống, xê dịch hoặc khiến việc lắp đặt trở nên khó khăn hơn. Nếu không thể thu hẹp được khe hở rộng, hãy so sánh các lựa chọn có sẵn vật liệu giao diện nhiệt và xem xét liệu bột cách nhiệt hay chất trám khe đã đông cứng có phù hợp hơn với dung sai và quy trình sản xuất hay không. So sánh của HakTak về So sánh giữa bột cách nhiệt và miếng đệm cách nhiệt trong trường hợp khe hở không đều có thể giúp định hướng cho quyết định đó.
Miếng đệm tản nhiệt BMS cần mức độ nén bao nhiêu?
Lực nén giúp cải thiện độ tiếp xúc bằng cách ép miếng đệm vào các chi tiết bề mặt và sự chênh lệch độ cao. Nếu lực nén quá nhỏ sẽ để lại các túi khí. Nếu lực nén quá lớn sẽ làm tăng lực tác động, gây biến dạng bảng mạch và có thể làm hỏng miếng đệm hoặc các linh kiện.
Không có tỷ lệ nén chung nào áp dụng cho mọi trường hợp. Phạm vi giá trị chính xác được xác định dựa trên dữ liệu áp suất-biến dạng của sản phẩm và các giới hạn cơ học của cụm lắp ráp. Hai miếng đệm có cùng độ cứng Shore 00 vẫn có thể tạo ra các lực khác nhau do sự khác biệt về độ dày, vật liệu gia cường, hàm lượng chất độn và tính chất nhớt đàn hồi.
Bảo vệ bảng mạch in (PCB), các mối hàn và các điểm kết nối cảm biến
Các tấm BMS có thể dài và mỏng. Một miếng đệm lớn đặt dưới nắp sẽ tạo ra lực tác động trên một diện tích rộng. Ngay cả áp lực ở mức vừa phải cũng có thể tạo ra tổng tải trọng lớn. Sự võng của tấm có thể gây căng thẳng cho các mối hàn, đầu nối, các cực kết nối tế bào, các linh kiện cách ly và lớp phủ bảo vệ.
Các miếng đệm rất mềm thường hữu ích khi nhiều linh kiện BMS cùng chia sẻ một nắp kim loại. Chúng thích ứng với sự thay đổi chiều cao của vỏ gói với lực tác động nhỏ hơn. Miếng đệm cứng hơn có thể dễ thao tác hơn, nhưng nó có thể tạo cầu nối qua các linh kiện thấp và tập trung tải trọng lên các linh kiện cao. Bài viết Miếng tản nhiệt mềm và miếng tản nhiệt cứng: Loại nào tốt hơn? giải thích cách cân bằng giữa khả năng thích ứng và kiểm soát quá trình lắp ráp.
Kiểm tra sự giảm ứng suất sau khi lắp ráp hệ thống BMS
Miếng đệm khe hở có tính chất viscoelastic. Lực tác dụng của chúng thay đổi sau khi kẹp chặt và tiếp xúc với nhiệt. Một phần ứng suất ban đầu sẽ giảm bớt, điều này có thể bảo vệ bảng mạch, nhưng vẫn phải duy trì đủ áp lực tiếp xúc để đảm bảo truyền nhiệt. Độ biến dạng vĩnh viễn do nén cũng có thể ngăn miếng đệm theo kịp chuyển động trong quá trình vận hành.
Sử dụng các đường cong của nhà cung cấp và các mẫu đã qua thời gian. Không nên giả định rằng lực lắp đặt giữ nguyên. Hướng dẫn của HakTak về tỷ lệ nén của miếng tản nhiệt cho thấy cần kiểm tra đồng thời khoảng cách tối thiểu và tối đa thay vì áp dụng một tỷ lệ phần trăm danh nghĩa duy nhất cho từng đơn vị.
Miếng đệm cách nhiệt và cách điện dành cho bảng mạch BMS
Các linh kiện điện tử BMS có thể hoạt động ở điện áp của bộ pin hoặc giữa các vùng cách ly. Vỏ kim loại có thể được nối đất, ở trạng thái nổi hoặc được kết nối với một nút điện khác. Lớp giao diện nhiệt tiếp xúc với cả bo mạch và vỏ phải phù hợp với kiến trúc cách điện.
Nhiều miếng đệm lấp khe hở làm từ silicone và không chứa silicone sử dụng chất độn gốm cách điện. Tuy nhiên, không phải miếng đệm tản nhiệt nào cũng là chất cách điện. Một số vật liệu giao diện có chứa than chì dẫn điện hoặc kim loại. Luôn kiểm tra kỹ cấu tạo cụ thể và dữ liệu thử nghiệm.
Độ bền điện môi không phải là yêu cầu duy nhất đối với vật liệu cách điện
Độ bền điện môi thường được biểu thị bằng kV/mm. Điện áp phá hủy được áp dụng cho mẫu thử có độ dày xác định trong điều kiện thử nghiệm quy định. Hệ thống cũng cần có điện trở cách điện, khoảng cách rò rỉ, khoảng cách cách điện, khả năng chống đâm thủng và biên độ an toàn đủ lớn. Các đầu dây linh kiện sắc nhọn, gờ thừa trên vỏ, phần nhô ra của vít và các hạt bụi có thể làm suy yếu giao diện mềm.
Nếu tấm lót được sử dụng làm vật liệu cách điện chức năng hoặc cách điện gia cường, hãy liên hệ với đội ngũ an toàn và tuân thủ ngay từ sớm. Không được chia giá trị kV/mm trong danh mục cho điện áp làm việc và coi kết quả đó là thiết kế cách điện hoàn chỉnh. Hướng dẫn của HakTak về miếng đệm cách nhiệt và cách điện trình bày chi tiết hơn về điện áp đứt, độ dày, cấu tạo và rủi ro khi sử dụng.
Miếng tản nhiệt gia cố cho các linh kiện điện tử của pin
Việc gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc màng điện môi có thể cải thiện khả năng vận hành và khả năng chống thủng. Tuy nhiên, điều này cũng có thể làm giảm khả năng uốn cong hoặc làm tăng áp lực cần thiết để tiếp xúc. Việc gia cố cần được đánh giá như một phần của miếng đệm hoàn chỉnh, chứ không nên chỉ thêm vào vì hệ thống quản lý pin (BMS) mang điện áp cao.
Đối với các trường hợp tiếp xúc trực tiếp với các chân hàn hoặc các chi tiết sắc nhọn, nên xem xét sử dụng một lớp cách điện nhẵn hoặc một vùng cách ly được kiểm soát. Không nên kỳ vọng miếng đệm tản nhiệt có thể hấp thụ các cạnh kim loại không được kiểm soát trong suốt quá trình rung động và tuổi thọ sử dụng.
Miếng tản nhiệt và độ chính xác của cảm biến nhiệt độ trong hệ thống quản lý pin (BMS)
Cảm biến nhiệt độ là một trong những chức năng cốt lõi của hệ thống quản lý pin (BMS). TI lưu ý rằng các hệ thống quản lý pin giám sát điện áp, dòng điện và nhiệt độ của các tế bào pin nhằm đảm bảo tình trạng hoạt động và an toàn, và trong tài liệu giới thiệu ứng dụng của mình về cảm biến nhiệt dùng cho hệ thống bảo vệ nhiệt BMS thảo luận về việc đo nhiệt độ trong bối cảnh hệ thống điều khiển tổng thể.
Miếng tản nhiệt có thể nâng cao độ tin cậy của thiết bị điện tử, đồng thời cũng làm thay đổi trường nhiệt độ xung quanh các cảm biến. Điều này không phải lúc nào cũng mang lại lợi ích. Một miếng tản nhiệt được đặt dưới nhiệt điện trở có thể dẫn nhiệt độ của vỏ thiết bị vào cảm biến. Một miếng tản nhiệt đặt gần điện trở cân bằng có thể lan truyền nhiệt từ điện trở này đến điểm đo. Cả hai hiện tượng này đều có thể khiến giá trị đo được không còn phản ánh chính xác tình trạng của tế bào hoặc linh kiện mục tiêu.
Đảm bảo các cảm biến nhiệt độ tế bào luôn được kết nối nhiệt với các tế bào
Nếu một cảm biến được thiết kế để đo nhiệt độ của một tế bào pin, đường dẫn nhiệt chính của cảm biến đó phải hướng tới tế bào pin đó. Tránh để các điểm tiếp xúc trên bo mạch BMS làm tăng mức độ kết nối nhiệt giữa cảm biến và vỏ máy. Cần kiểm tra lại vị trí lắp đặt cảm biến, chất kết dính, đường dẫn nhiệt của dây dẫn, luồng không khí, diện tích đồng và các nguồn nhiệt lân cận.
Bố trí miếng tản nhiệt có thể cần có các khe hở xung quanh các cảm biến nhiệt (thermistor) hoặc các điểm tham chiếu chính xác. Các miếng tản nhiệt được phân vùng có thể làm mát các linh kiện nguồn điện đồng thời giảm sự tương tác với các vùng cảm biến. Cần kiểm tra độ chính xác của dữ liệu cảm biến trong các quá trình sạc nhanh, xả nhanh, cân bằng, ngâm lạnh và khi nhiệt độ chất làm mát thay đổi.
Cần tính đến hiện tượng tự sinh nhiệt gần các mạch đo dòng điện
Các điện trở cảm biến dòng điện và các bộ phận cảm biến tích hợp đều sinh nhiệt. Analog Devices giải thích rằng Hiện tượng tự sinh nhiệt của điện trở cảm biến có thể ảnh hưởng đến kết quả đo nhiệt độ tùy thuộc vào dòng điện, cấu trúc gói, lưu lượng không khí và độ kết hợp nhiệt. Miếng đệm tản nhiệt có thể làm giảm sự gia tăng nhiệt độ cục bộ đó, nhưng cũng có thể làm thay đổi mối quan hệ hiệu chuẩn.
Tiến hành hiệu chuẩn và kiểm tra độ chính xác trong giai đoạn lắp ráp cơ khí cuối cùng. Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên bảng mạch trần có thể không còn giá trị sau khi bảng mạch in (PCB) được ép vào vỏ kim loại thông qua miếng đệm khe hở.
Miếng tản nhiệt silicon so với miếng tản nhiệt không chứa silicon trong các hệ thống quản lý pin
Miếng đệm bằng cao su silicone rất phổ biến trong các thiết bị điện tử sử dụng pin vì chúng kết hợp được độ mềm dẻo, khả năng chịu nhiệt, tính cách điện cùng dải độ dày và độ dẫn điện đa dạng. Chúng là lựa chọn mặc định hàng đầu khi sản phẩm không có yêu cầu cụ thể nào về silicone.
Các miếng đệm không chứa silicone sử dụng một loại ma trận polymer khác. Chúng có thể được lựa chọn khi các yếu tố như sự di chuyển của dầu silicone, siloxan dễ bay hơi, khả năng tương thích với lớp phủ, ô nhiễm quang học hoặc các hạn chế về vật liệu từ phía khách hàng là những vấn đề cần quan tâm. Điều này thường xảy ra hơn khi hệ thống quản lý pin (BMS) được lắp đặt chung trong cùng một vỏ bảo vệ với các điểm tiếp xúc nhạy cảm, cảm biến quang học, rơle hoặc các quy trình sản xuất có yêu cầu kiểm soát ô nhiễm silicone.
Không có loại vật liệu nào tự động tốt hơn loại kia về khả năng truyền nhiệt. Hãy so sánh các thông số như điện trở nhiệt, lực nén, dải nhiệt độ cho phép, tính chất điện môi, hiện tượng thoát khí và độ bền lão hóa lâu dài. Sản phẩm của HakTak So sánh miếng lót tản nhiệt chứa silicone và không chứa silicone giải thích cách các loại silicone có độ rò rỉ thấp và các vật liệu đã được xác nhận là không chứa silicone phù hợp với các mức độ rủi ro ô nhiễm khác nhau.
Nên đặt miếng tản nhiệt ở đâu trên hệ thống quản lý pin (BMS)?
Vị trí đặt các miếng đệm phải tuân theo bản đồ nhiệt đã đo được và đường dẫn tải cơ học. Các cách bố trí phổ biến bao gồm các miếng đệm giữa các linh kiện mặt trên và nắp kim loại, các miếng đệm giữa mặt sau của bảng mạch in (PCB) và tấm đế, hoặc các miếng đệm cục bộ trên các thiết bị nguồn và các vùng điện trở cân bằng.
| BMSMiếng lót Vị trí | Lợi ích chính | Vấn đề thiết kế chính |
| Điện trở cân bằng quá mức | Loại bỏ trực tiếp nhiệt cân bằng cô đặc | Lực tác dụng lên thân điện trở và các mối hàn |
| Về các gói MOSFET | Cách nhanh chóng để tạo lớp phủ kim loại | Dung sai chiều cao của gói hàng và điện thế |
| Dưới vùng nhiệt độ cao của bảng mạch in (PCB) | Phân bổ tải trọng trên diện tích được gia cố bằng đồng | Vật liệu điện môi và bố trí đồng trên bảng mạch in (PCB) hạn chế dòng nhiệt |
| Phần mạch DC/DC hoặc mạch điều áp | Giảm nhiệt độ bộ điều chỉnh cục bộ | Sự dao động về chiều cao của máy biến áp hoặc cuộn cảm lân cận |
| Miếng đệm toàn phần | Lắp đặt đơn giản và diện tích tiếp xúc rộng | Lực tổng lớn và hiện tượng ghép nối cảm biến không mong muốn |
| Bố cục nhiều pad theo vùng | Phù hợp với các nguồn nhiệt và giới hạn lực | Thêm các mã sản phẩm và các bước lắp ráp |
Làm mát linh kiện mặt trên so với làm mát bo mạch in mặt sau
Hệ thống làm mát mặt trên tạo ra đường dẫn nhiệt ngắn từ vỏ gói đến nắp đậy, nhưng lại tác động lực trực tiếp lên các linh kiện. Hệ thống làm mát mặt sau có thể phân bổ áp lực một cách an toàn hơn nếu bảng mạch in (PCB) có các lỗ dẫn nhiệt và các lớp đồng. Hệ thống này cũng đưa cấu trúc xếp lớp của PCB vào đường dẫn nhiệt.
Sử dụng mô phỏng nhiệt và đo lường để so sánh cả hai phương án. Miếng đệm mặt sau có thể mang lại hiệu quả cao hơn miếng đệm trực tiếp nếu có diện tích lớn hơn, lớp liên kết mỏng hơn và khả năng hỗ trợ cơ học tốt hơn. Miếng đệm trực tiếp mặt trên có thể là lựa chọn ưu việt hơn khi gói sản phẩm có bề mặt phẳng phù hợp và chiều cao được kiểm soát.
Một miếng tản nhiệt lớn so với nhiều miếng tản nhiệt BMS cục bộ
Một miếng đệm lớn giúp đơn giản hóa bảng danh mục vật liệu. Tuy nhiên, nó cũng có thể gây ra lực nén không đồng đều khi các linh kiện có chiều cao khác nhau. Việc sử dụng nhiều miếng đệm cục bộ cho phép các kỹ sư điều chỉnh độ dày và độ cứng theo từng vùng. Tuy nhiên, điều này làm tăng khối lượng công việc lắp đặt và nguy cơ xảy ra lỗi trong quá trình lắp ráp.
Đối với sản xuất số lượng lớn, việc dập khuôn nhiều chi tiết trên cùng một tấm nền có thể kết hợp cơ chế tiếp xúc theo vùng với một bước lắp đặt duy nhất. Cần kiểm tra khả năng tách lớp lót, độ ổn định kích thước, độ bền của thành mỏng và hiệu suất của quy trình lấy và đặt trước khi chốt thiết kế.
Yêu cầu về miếng tản nhiệt theo kiến trúc BMS
Lựa chọn miếng tản nhiệt cho hệ thống quản lý pin (BMS) tập trung
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) tập trung tích hợp các chức năng giám sát và điều khiển vào một bo mạch chính. Nhiệt có thể tập trung xung quanh các cụm cân bằng, bộ nguồn, bộ điều khiển tiếp điểm, bộ xử lý và các giao diện truyền thông. Bo mạch này có thể cần nhiều vùng pad với độ dày khác nhau.
Các tấm lớn nhạy cảm hơn với độ phẳng và dung sai lớp phủ. Lực nén tổng thể có thể trở nên đáng kể. Các giá đỡ tấm và vị trí đặt bulông cần được thiết kế đồng bộ với bố trí miếng đệm.
Hệ thống làm mát BMS phân tán và mô-đun
Hệ thống quản lý pin (BMS) phân tán bố trí các thiết bị điện tử giám sát tế bào pin gần các mô-đun hoặc tế bào pin. Mỗi bo mạch có thể tỏa ra ít nhiệt hơn, nhưng lại nằm gần nhiệt độ của tế bào pin hơn và có thể bị hạn chế về thể tích vỏ bảo vệ. Vị trí bố trí các điểm tiếp xúc không được làm sai lệch các kết quả đo nhiệt độ cục bộ của tế bào pin.
Thiết kế mô-đun tận dụng lợi thế từ hình dạng chân cắm lặp lại và quy trình lắp ráp được kiểm soát chặt chẽ. Những sai số dung sai nhỏ có thể lặp lại trên nhiều mô-đun, do đó khả năng đáp ứng của quy trình sản xuất là rất quan trọng. Thiết kế cũng cần tính đến việc thay thế trong quá trình bảo trì và khả năng tiếp cận các đầu nối.
Bảng bảo vệ dòng điện cao và bộ ngắt kết nối ắc-quy
Một số hệ thống kết hợp chức năng giám sát với các MOSFET công suất lớn, điện trở phân áp, công tắc tiếp điểm, cầu chì hoặc các linh kiện nạp trước. Các cụm linh kiện này hoạt động giống như các thiết bị điện tử công suất hơn là một bảng mạch giám sát công suất thấp. Chúng có thể yêu cầu các điểm tiếp xúc dày hơn, độ dẫn điện cao hơn, lớp cách điện được gia cố hoặc làm mát trực tiếp bằng tấm tản nhiệt.
Đối với các thiết kế này, hãy áp dụng khung tổng quát hơn trong Cách chọn miếng tản nhiệt cho thiết bị điện tử công suất. Nếu có thể, hãy tách riêng các khu vực công suất có tổn hao cao khỏi các khu vực đo lường chính xác.
Các thử nghiệm về độ tin cậy và xác nhận của miếng đệm tản nhiệt BMS
Hiệu suất làm mát ban đầu chỉ là bước đầu tiên. Một cụm pin có thể phải chịu tác động của nhiệt độ cao, độ ẩm, rung động, va đập, áp lực nén và tải điện trong nhiều năm. Miếng đệm phải duy trì khả năng tiếp xúc và cách điện trong suốt các điều kiện đó.
| Xác thực Kiểm tra | Điều đó cho thấy điều gì | Các đơn vị đo lường hữu ích |
| Thử nghiệm công suất trong điều kiện xấu nhất | Nhiệt độ cao nhất trong quá trình cân bằng và khi dòng điện cao | Nhiệt độ của linh kiện, bảng mạch in (PCB), điểm tiếp xúc và vỏ thiết bị |
| Chu kỳ nhiệt | Mất tiếp xúc, nứt, dịch chuyển, cứng lại | Sự gia tăng nhiệt độ và kiểm tra sau thử nghiệm |
| Lão hóa ở nhiệt độ cao | Độ biến dạng vĩnh viễn do nén, hiện tượng rò rỉ, sự thay đổi tính chất | Độ dày, lực, trở kháng nhiệt, cặn |
| Tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm | Những thay đổi về độ ẩm và cách nhiệt | Điện trở cách điện và sự ăn mòn |
| Dao động và va đập cơ học | Đi lại trên miếng lót, cắn xé, cắn gặm | Vị trí, mức độ hư hỏng, đầu nối và tình trạng mối hàn |
| Thử nghiệm điện môi | Dư lượng cách nhiệt trong công trình hoàn thiện | Kết quả phân tích hoặc kiểm tra khả năng chịu tải theo yêu cầu |
| Khởi động lại nguồn | Độ giãn nở nhiệt thực tế dưới tác động của tải trọng thay đổi | Xu hướng nhiệt độ và độ chính xác của cảm biến |
| Kiểm tra sửa lại | Hư hỏng do tháo dỡ và cặn bã | Khả năng vệ sinh và tính lặp lại khi thay thế |
Kiểm tra toàn bộ dải dung sai
Hãy chế tạo các mẫu thử ở khoảng cách gần mức tối thiểu và tối đa. Cần tính đến dung sai độ dày pad, độ cong của bảng mạch, độ phẳng của vỏ và chiều cao linh kiện. Một nguyên mẫu danh nghĩa có thể che giấu tình trạng mất tiếp xúc ở một cực trị của quá trình sản xuất và lực tác động quá mức ở cực trị còn lại.
Khi thực hiện thử nghiệm nhiệt, cần kiểm soát các yếu tố như nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ chất làm mát, công suất, lưu lượng không khí, mô-men xoắn lắp đặt, vị trí cảm biến và trạng thái phần mềm. Nên ghi lại quá trình ổn định nhiệt độ thay vì chỉ lấy một giá trị đo ban đầu. Nếu quá trình cân bằng được thực hiện theo chu kỳ làm việc, cần thử nghiệm theo một kịch bản thực tế và một trường hợp xấu nhất có cơ sở.
Kiểm tra lại điện trở nhiệt sau quá trình lão hóa
Một vật liệu có thể vượt qua kiểm tra bằng mắt thường nhưng lại mất áp suất tiếp xúc hoặc trở nên cứng hơn. Cần đo sự gia tăng nhiệt độ giữa linh kiện và vỏ thiết bị trước và sau khi tiếp xúc với môi trường. So sánh kết quả ở cùng mức công suất và các điều kiện biên.
Tổng quan của HakTak về Các tiêu chuẩn kiểm tra TIM phổ biến mà các kỹ sư cần biết có thể hỗ trợ kế hoạch đánh giá vật liệu. Độ tin cậy của hệ thống vẫn cần phải trải qua các thử nghiệm về chu kỳ hoạt động, rung động, cách điện và thử nghiệm ở cấp độ cụm linh kiện dành riêng cho từng sản phẩm.
Quy trình lựa chọn miếng tản nhiệt cho hệ thống quản lý pin (BMS) một cách thực tiễn
Bước 1: Xác định vị trí của mọi nguồn nhiệt quan trọng
Liệt kê các tổn thất của các thành phần theo chế độ vận hành. Thực hiện đo đạc trên mẫu thử và so sánh với kết quả tính toán. Xác định các bộ phận quyết định giới hạn nhiệt và các bộ phận mà nhiệt độ của chúng ảnh hưởng đến độ chính xác.
Bước 2: Xác định điểm đến của nhiệt
Xác nhận rằng nắp, khung máy, bộ phân phối nhiệt hoặc tấm làm mát vẫn đủ mát để tiếp nhận nhiệt. Kiểm tra các điều kiện như môi trường xung quanh nóng, các ô nóng, chất làm mát ngừng lưu thông và các điều kiện chịu lỗi khác theo yêu cầu của sản phẩm.
Bước 3: Xây dựng tổng hợp dung sai cơ khí
Tính toán khoảng cách tối thiểu và tối đa tại từng vùng đế. Cần tính đến các yếu tố như bulông, gioăng, giá đỡ bo mạch, độ cong vênh của vỏ thiết bị, chiều cao linh kiện và dung sai của đế.
Bước 4: Cài đặt giới hạn lực và cách điện
Xác định độ võng cho phép của bảng mạch in (PCB), tải trọng của vỏ bọc và lực phản ứng tổng thể của nắp đậy. Xác nhận điện áp làm việc, các nút điện, nối đất, nguy cơ bị đâm thủng, khoảng cách dọc và khoảng cách ngang, cũng như các chứng nhận an toàn cần thiết.
Bước 5: Lựa chọn các loại miếng tản nhiệt tiềm năng
So sánh độ dày, điện trở nhiệt, đặc tính biến dạng dưới áp lực, độ cứng, thông số điện môi, dải nhiệt độ, cấp độ chống cháy, vật liệu gia cường, độ bám dính và tính sẵn có. Yêu cầu cung cấp các điều kiện thử nghiệm thay vì chỉ chấp nhận các mã sản phẩm trong danh mục.
Bước 6: Tạo mẫu thử cho thiết kế cắt khuôn thực tế
Sử dụng hình học, lớp lót, loại keo dán và phương pháp lắp ráp theo thiết kế. Kiểm tra xem có bọt khí, hiện tượng giãn nở của miếng đệm, lực tác động lên linh kiện, cũng như sự cản trở từ lớp phủ bảo vệ hoặc các đầu nối hay không.
Bước 7: Kiểm tra độ chính xác của nhiệt độ và các giá trị đo được
Chạy thử với các tải điện và nhiệt độ biên trong điều kiện xấu nhất. Kiểm tra cả nhiệt độ của các linh kiện lẫn độ chính xác của cảm biến BMS. Đảm bảo vị trí đặt miếng đệm không khiến cảm biến tế bào theo nhiệt độ của vỏ bảo vệ hoặc điện trở.
Bước 8: Hoàn tất các kiểm tra độ tin cậy và sản xuất
Thử nghiệm độ bền theo thời gian, thử nghiệm chu kỳ, thử nghiệm rung và kiểm tra các cụm linh kiện đại diện. Xác nhận thời hạn bảo quản, bao bì, độ đồng đều của quá trình cắt khuôn, kiểm soát vị trí lắp đặt, hướng dẫn sửa chữa và quản lý việc thay đổi nhà cung cấp.
Khuyến nghị cuối cùng
Miếng tản nhiệt có thể mang lại một phương pháp làm mát sạch sẽ và có thể lặp lại cho các linh kiện điện tử quản lý pin. Chúng phát huy hiệu quả cao nhất khi nguồn nhiệt, bề mặt tản nhiệt, dung sai tích lũy và kiến trúc điện được xác định rõ ràng trước khi bắt đầu quá trình lựa chọn vật liệu.
Bắt đầu với bản đồ công suất thực tế của hệ thống quản lý pin (BMS). Sử dụng miếng đệm mỏng nhất có thể duy trì tiếp xúc trong phạm vi dung sai. So sánh điện trở nhiệt tại mức nén dự kiến thay vì chỉ dựa vào giá trị W/mK. Hạn chế lực tác động lên PCB và các linh kiện. Kiểm tra tính cách điện tại các vị trí miếng đệm tiếp xúc với các cấu trúc dẫn điện của gói pin. Quan trọng nhất, hãy đảm bảo miếng đệm không làm sai lệch thông tin nhiệt độ mà BMS sử dụng để bảo vệ và quản lý các tế bào pin.
Một miếng tản nhiệt BMS được lựa chọn phù hợp sẽ giúp duy trì nhiệt độ của các linh kiện nóng trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ chính xác của phép đo, chịu được các điều kiện hoạt động của cụm pin và vẫn dễ dàng lắp ráp trên quy mô lớn. Sự kết hợp này mang lại khả năng tản nhiệt tốt hơn và hệ thống điều khiển đáng tin cậy hơn so với bất kỳ thông số kỹ thuật nào trên bảng dữ liệu có thể hứa hẹn.
Các câu hỏi thường gặp về miếng lót tản nhiệt BMS
Độ dẫn nhiệt nào là phù hợp nhất cho miếng tản nhiệt của hệ thống quản lý pin (BMS)?
Không có giá trị W/mK nào được coi là tốt nhất. Nhiều bo mạch BMS có thể được tản nhiệt bằng miếng đệm có độ dẫn nhiệt vừa phải nếu lớp kết dính mỏng và tiếp xúc tốt. Độ dẫn nhiệt cao hơn sẽ phát huy tác dụng khi lưu lượng nhiệt lớn hoặc không thể thu hẹp khe hở. Nên so sánh trở kháng nhiệt và nhiệt độ hệ thống thay vì chỉ dựa vào độ dẫn nhiệt.
Độ dày của miếng đệm cách nhiệt cho hệ thống quản lý pin nên là bao nhiêu?
Sử dụng miếng đệm mỏng nhất có thể tiếp xúc với bề mặt làm mát ở khe hở sản xuất tối đa. Tính toán độ nén và lực tại khe hở tối thiểu. Không nên tăng độ dày một cách tùy tiện để tạo biên độ an toàn vì điều này sẽ làm tăng điện trở nhiệt.
Các miếng đệm tản nhiệt BMS có cần phải có tính cách điện không?
Thường thì đúng là như vậy, đặc biệt là khi miếng đệm tiếp xúc với vỏ máy dẫn điện. Yêu cầu này phụ thuộc vào cấu trúc điện. Hãy xác nhận điện áp giữa các bề mặt và vai trò của miếng đệm trong hệ thống cách điện.
Miếng tản nhiệt có thể ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt không kiểm soát của pin không?
Không. Miếng tản nhiệt BMS có thể giúp cải thiện nhiệt độ của các linh kiện điện tử giám sát và điều khiển, nhưng nó không phải là một hệ thống phòng ngừa hiện tượng quá nhiệt độc lập. Thành phần hóa học của tế bào pin, hệ thống làm mát cụm pin, cảm biến, hệ thống điều khiển, các rào cản cơ học, hệ thống xả khí và thiết kế an toàn phải hoạt động phối hợp với nhau.
Miếng đệm cách nhiệt bằng silicone có phù hợp để sử dụng cho bộ pin không?
Miếng đệm silicon được sử dụng rộng rãi vì chúng có thể mềm, dẫn nhiệt tốt, cách điện và chịu nhiệt. Cần kiểm tra hiện tượng rò rỉ dầu, thoát khí, các yêu cầu về khả năng chống cháy và tính tương thích với bộ pin. Nên sử dụng loại không chứa silicon nếu ứng dụng đó có quy định cấm sử dụng silicon đã được xác nhận.
Nên kiểm tra miếng tản nhiệt BMS như thế nào?
Kiểm tra hiệu suất nhiệt ở mức công suất và khe hở trong điều kiện xấu nhất, sau đó lặp lại quy trình này sau khi thực hiện các thử nghiệm lão hóa nhiệt, chu kỳ nhiệt, độ ẩm, rung động và các tác động có liên quan khác. Kiểm tra nhiệt độ của các linh kiện, độ chính xác của cảm biến, vị trí miếng đệm, lực nén, cặn bám và độ cách điện.
