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Soluzioni efficaci per la gestione termica dei pacchi batteria agli ioni di litio dei veicoli elettrici
Le prestazioni, la longevità e la sicurezza delle batterie agli ioni di litio sono intrinsecamente legate alla loro temperatura di esercizio. Un sistema di gestione termica (TMS) efficace è essenziale per garantire le prestazioni, la sicurezza e la durata di questi pacchi batteria. La sua importanza è multiforme:
Garanzia di sicurezza: Temperature elevate (in genere >60 °C) possono causare la fusione del separatore interno della batteria, causando un cortocircuito. Ciò può innescare una fuga termica, un evento catastrofico che può provocare un incendio o un'esplosione.
Manutenzione delle prestazioni: Le batterie funzionano al massimo dell'efficienza di carica/scarica solo entro un intervallo di temperatura ottimale (solitamente 20°C-40°C). Le basse temperature aumentano la resistenza interna, causando un brusco calo di potenza e capacità. Le alte temperature accelerano le reazioni chimiche irreversibili, portando alla perdita permanente di capacità.
Durata di servizio estesa: Le ricerche indicano che per ogni aumento di 10°C della temperatura operativa, il tasso di degradazione della batteria raddoppia circa. Una gestione termica precisa mantiene la batteria entro la sua finestra ideale, prolungando significativamente la vita utile del pacco batteria.
Uniformità della temperatura: Un elevato gradiente di temperatura tra le singole celle di un pacco batterie crea un "effetto bucket-brigade", in cui alcune celle si sovraccaricano o si scaricano eccessivamente, accelerando il decadimento delle prestazioni e l'invecchiamento dell'intero pacco. Una gestione termica avanzata deve ridurre al minimo le differenze di temperatura tra le celle (idealmente <5 °C).
Strategie mirate per diverse aree del sistema di batterie
Un tipico pacco batteria può essere suddiviso in tre livelli critici di gestione termica, ognuno dei quali richiede una strategia distinta:
Livello 1: Livello cellulare - L'attenzione principale è rivolta all'"assorbimento e alla conduzione del calore"
Obiettivo: Assorbono rapidamente il calore generato durante i cicli di carica/scarica e lo dissipano in modo efficiente. Ciò garantisce una temperatura uniforme in tutta la cella e previene la formazione di punti caldi localizzati.
Sfida: Esistono degli spazi vuoti tra le celle e all'interno degli assemblaggi cellulari. Poiché l'aria è un cattivo conduttore termico, questi spazi devono essere riempiti con materiali che creino percorsi termici efficienti.
Strategia:
Cuscinetti termici in silicone:
Posizione: Riempimento di spazi più ampi tra le celle (in genere da 0,5 mm a 3 mm); tra le celle e le piastre laterali/terminali.
Vantaggi:Offrono un eccellente equilibrio tra elevata conduttività termica (selezionabile, ad esempio, 1,5 W/mK, 2,0 W/mK, 3,0 W/mK), elevata comprimibilità (rispetto delle tolleranze e assorbimento delle vibrazioni) e isolamento elettrico superiore. La scelta migliore per riempire fessure più ampie e fornire supporto strutturale.
Valore:Conduce direttamente il calore lontano dalle celle e favorisce l'uniformità della temperatura, prevenendo la formazione di punti caldi.
Materiali a cambiamento di fase (PCM):
Posizione: Avvolto attorno a celle cilindriche o riempito tra celle prismatiche/a sacchetto.
Vantaggi: Una soluzione rivoluzionaria. Durante il normale funzionamento, i PCM conducono calore allo stato solido. Quando la temperatura della cella raggiunge il punto di fusione del PCM (ad esempio, 45 °C), questo assorbe una quantità significativa di calore latente durante la fusione, sopprimendo efficacemente un rapido aumento di temperatura e fornendo un buffer di sicurezza fondamentale.
Valore: Consente una gestione termica "intelligente", ideale per gestire la generazione di calore di picco da eventi transitori ad alta potenza (ad esempio, rapida accelerazione) ed è un materiale fondamentale per prevenire la fuga termica.
Nastri biadesivi termoconduttivi:
Posizione: Fissaggio sicuro di sensori di temperatura, schede di campionamento FPC/PCB e altri piccoli componenti direttamente alle superfici delle celle o alle barre collettrici.
Vantaggi:Garantiscono sia una forte adesione che una conduzione termica, assicurando che i sensori misurino accuratamente la temperatura reale della cella, evitando imprecisioni causate da spazi vuoti.
Livello 2: Livello modulo e pacchetto - L'obiettivo principale è "Trasferimento di calore e omogeneizzazione della temperatura"
Obiettivo: Trasferire efficacemente il calore raccolto da più celle all'interno di un modulo al sistema di raffreddamento del pacco (ad esempio, piastre di raffreddamento a liquido, canali dell'aria), garantendo al contempo l'equilibrio della temperatura tra i moduli e in tutto il pacco.
Strategia:
Nastri termici in silicone:
Posizione: Avvolto attorno a singole celle o piccoli moduli.
Vantaggi:Forniscono un isolamento elettrico di base e una protezione termica. Sono sottili, flessibili e facili da applicare, il che li rende ideali per il raggruppamento iniziale, l'isolamento e l'omogeneizzazione a bassa temperatura dei gruppi di celle.
Cuscinetti termici in silicone (rivisitati):
Posizione: Tra la base del modulo e la piastra di raffreddamento del liquido; tra il modulo della batteria e l'involucro inferiore del pacco.
Vantaggi:Questa è una delle applicazioni più critiche. Anche con superfici lavorate con precisione, rimangono spazi vuoti microscopici. I pad termici riempiono questi vuoti di dimensioni micrometriche, riducendo al minimo la resistenza termica interfacciale e massimizzando l'efficienza di raffreddamento. La scelta di pad con bassa durezza ed elevata comprimibilità è fondamentale per la conformità su ampie superfici.
Gel riempitivo termico o cuscinetti in silicone ad alta conduttività:
Posizione:Distribuito o serigrafato tra celle/moduli e la piastra di raffreddamento in linee di produzione altamente automatizzate.
Vantaggi: L'applicazione liquida consente il riempimento perfetto di qualsiasi fessura superficiale irregolare, ottenendo una resistenza al contatto termico prossima allo zero. Una volta polimerizzato, forma un elastomero elastico e ammortizzante. Ideale per veicoli di fascia alta, dove la massima efficienza termica è fondamentale.
Livello 3: imballaggio verso l'ambiente esterno - L'obiettivo principale è "Dissipazione del calore e isolamento ottimali"
Obiettivo: Dissipare il calore accumulato nell'ambiente esterno tramite il sistema di raffreddamento. Allo stesso tempo, l'involucro del pacco batteria richiede proprietà di isolamento termico per proteggere le celle interne da condizioni ambientali estreme (ad esempio, sole estivo, freddo invernale).
Strategia: Utilizzare materiali di isolamento termico all'interno del pacco batteria per attenuare l'impatto delle temperature ambientali esterne sulla temperatura interna del nucleo.
Applicazione estesa dei nostri materiali (potenziale sviluppo):
Coperte in aerogel:
Posizione:Laminato sulla superficie interna del coperchio superiore del pacco batteria o utilizzato come barriera tra i moduli.
Vantaggi: Rappresentano lo stato dell'arte nell'isolamento. La loro struttura nanoporosa blocca efficacemente il trasferimento di calore. In caso di fuga termica in una singola cella, l'aerogel può ritardare significativamente la propagazione del calore ai moduli adiacenti e alla copertura del pacco, guadagnando tempo cruciale per la sicurezza degli occupanti.
Raccomandazione: L'integrazione delle soluzioni in aerogel con il nostro attuale portafoglio di materiali conduttivi ci consentirebbe di offrire una suite completa, dalla "Gestione termica operativa" alla "Protezione contro le fughe termiche".
Conclusione
Applicando sistematicamente e strategicamente il nostro portafoglio di Cuscinetti in silicone termico, materiali a cambiamento di fase, nastri in silicone termico e nastri termoconduttivi, possiamo realizzare un sistema di gestione termica completo, efficiente e sicuro per i pacchi batteria dei veicoli elettrici.
A livello cellulare: PCM e Cuscinetti termiciconsentono un efficiente assorbimento e conduzione del calore alla fonte.
A livello di modulo: Cuscinetti termici e Riempitivi di spazi vuotiottimizza il contatto dell'interfaccia con il sistema di raffreddamento, massimizzando la dissipazione del calore.
A livello di sistema: Nastri termici e Nastri conduttivi proteggere e isolare i componenti ausiliari.
Offriamo numerose soluzioni di gestione termica per pacchi batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici. Per maggiori informazioni, non esitate a contattarci: saremo lieti di rispondere in qualsiasi momento!