کاربرد مواد مدیریت حرارتی برای باتری های نیرو در خودروهای انرژی نو
مدیریت حرارتی باتری های قدرت یک فناوری کلیدی در زمینه باتری های لیتیوم یونی است. هدف اصلی آن اطمینان از اینکه دمای باتری در حین استفاده و شارژ در محدوده ایمن قرار دارد و در عین حال تراکم انرژی و عمر باتری را بهبود می بخشد. مواد مدیریت حرارتی یک پشتیبانی فنی ضروری برای دستیابی به این هدف هستند. در ادامه شما را با کاربرد و آنالیز مواد مدیریت حرارتی برای باتری های برق آشنا می کنم.
1. مواد رسانای حرارتی
هدایت حرارتی اساسی ترین مشکل در مدیریت حرارتی باتری های قدرت است و مواد رسانای حرارتی نقش کلیدی در این فرآیند دارند. در حال حاضر، دو نوع اصلی از مواد رسانای حرارتی مورد استفاده در باتری های قدرت وجود دارد: خمیر رسانای حرارتی و ورق رسانای حرارتی.
خمیر رسانای حرارتی یک ماده رسانای حرارتی است که گرما را از دمای بالا به دمای پایین منتقل می کند و اغلب در سطح تماس بین باتری و رادیاتور استفاده می شود. رسانایی حرارتی خمیر رسانای حرارتی معمولاً بین 1-8 W/mK است. خمیر رسانای حرارتی را می توان با استفاده از ذرات الماس، نیترید سیلیکون و سایر ذرات رسانای حرارتی به عنوان حامل تهیه کرد. از آنجایی که خمیر رسانای حرارتی می تواند شکاف ها و شکاف های ریز را پر کند، به طور گسترده ای در مدیریت حرارتی باتری های قدرت استفاده شده است.
ورق رسانای حرارتی ماده ای است که گرما را به طور یکنواخت از سطح باتری به رادیاتور مجاور منتقل می کند. ورق های رسانای حرارتی معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می شوند و رسانایی حرارتی آنها حدود 200 W/mK است. استفاده از ورق های رسانای حرارتی می تواند سطح رادیاتور و باتری را به طور یکنواخت خنک کند و جذب رادیاتور به باتری را بهبود بخشد تا از افتادن آن تحت ارتعاش جلوگیری کند.
2. مواد مانع حرارتی
مواد مانع حرارتی ماده ای است که می تواند جریان گرما را کند کند. اغلب در داخل ماژول های باتری استفاده می شود و بین سلول های باتری و رادیاتورها برای کاهش گرادیان دما، کاهش دمای سطح باتری و افزایش ایمنی باتری نصب می شود. رسانایی حرارتی مواد عایق حرارتی معمولاً بین 0.2-0.35 W/mK است و پردازش و شکل گیری آن آسان است.
دو نوع اصلی از مواد مانع حرارتی وجود دارد: مواد عایق حرارتی عایق و مواد عایق حرارتی مرکب. مواد عایق حرارتی عمدتاً برای کاهش دمای سطح باتری ها استفاده می شوند و بین سلول های باتری و رادیاتورها نصب می شوند. مواد اولیه اصلی آنها شامل الیاف شیشه، سرامیک و غیره است. مواد عایق حرارتی مرکب ترکیبی از مواد چندگانه عملکردی مانند نانو دی اکسید سیلیکون و پلیمرها هستند. آنها از هدایت گرما و جریان جلوگیری می کنند و از استحکام و دوام بالایی برخوردار هستند و به همین دلیل کاربرد زیادی دارند.
3. مواد تغییر فاز
ماده تغییر فاز ماده ای است که می تواند مقدار زیادی انرژی گرمایی را جذب و آزاد کند، که باعث می شود به طور گسترده در مدیریت حرارتی باتری های برق استفاده شود. استفاده از مواد تغییر فاز می تواند دمای سطح باتری را در حین شارژ و دشارژ کاهش دهد و در نتیجه عمر باتری را بهبود بخشد. این به این دلیل است که نقطه ذوب مواد تغییر فاز معمولاً بسیار پایدار است، بنابراین هنگامی که شارژ یا دشارژ به دمای خاصی می رسد، ماده تغییر فاز مقدار زیادی انرژی گرمایی را جذب می کند و در نتیجه حالت پایدار دمای سطح باتری را حفظ می کند.
در حال حاضر، مواد تغییر فاز عمدتا به دو نوع تقسیم می شوند: مواد تغییر فاز آلی و مواد تغییر فاز معدنی. مواد تغییر فاز آلی عمدتاً در محدوده دمای پایین استفاده می شود و درجه خلوص بالایی دارد، اما جذب و انتشار گرما نسبتاً کند است. مواد تغییر فاز غیر آلی گرما را سریعتر جذب و آزاد می کنند، اما مشکلات ذوب آسان در دمای بالا و سمیت نیز محدوده کاربرد آن را محدود می کند.
