Soluzione per batterie EV - Materiale di interfaccia termica per il raffreddamento dei componenti elettronici

L'importanza del sistema di gestione termica
I problemi legati al calore della batteria sono i fattori chiave che ne determinano prestazioni, sicurezza, durata e costo.

Innanzitutto, il livello di temperatura delle batterie agli ioni di litio influisce direttamente sulle loro prestazioni energetiche e di potenza durante l'uso. Quando la temperatura è bassa, la capacità disponibile della batteria si deteriora rapidamente. Caricare la batteria a una temperatura troppo bassa (ad esempio al di sotto di 0°C) può causare un fenomeno istantaneo di sovratensione, che provoca la deposizione interna di litio e un cortocircuito.

In secondo luogo, i problemi legati al calore delle batterie agli ioni di litio influiscono direttamente sulla sicurezza delle batterie. Difetti nel processo di fabbricazione o un funzionamento improprio durante l'uso possono causare un surriscaldamento parziale della batteria, il che darà origine a una reazione esotermica a catena e, alla fine, a gravi fenomeni di runaway termico quali fumo, incendio o persino esplosione, mettendo a rischio la vita dei conducenti e dei passeggeri del veicolo.

Inoltre, la temperatura di funzionamento o di conservazione delle batterie agli ioni di litio influisce sulla loro durata di vita. La temperatura ottimale per la batteria è di circa 10~30°C; temperature troppo alte o troppo basse causano un rapido degrado della durata della batteria.

La batteria di potenza su larga scala presenta un rapporto tra superficie e volume relativamente ridotto; il calore interno della batteria non si disperde facilmente, ed è quindi più probabile che insorgano problemi come una temperatura interna non uniforme e un aumento eccessivo della temperatura in alcune aree locali, il che accelera ulteriormente il degrado della batteria, riduce la durata della batteria e aumenta i costi complessivi per l'utente.

Il sistema di gestione termica della batteria è una delle tecnologie chiave per affrontare le problematiche legate al calore delle batterie e garantire prestazioni, sicurezza e durata delle batterie di alimentazione. Le principali funzioni del sistema di gestione termica includono:
1) Dissipazione efficace del calore quando la temperatura della batteria è elevata, per prevenire incidenti da deriva termica;
2) Riscaldamento quando la temperatura della batteria è bassa, aumentare la temperatura della batteria e garantire prestazioni di carica e scarica a basse temperature e sicurezza;
3) Ridurre la differenza di temperatura nel pacchetto batterie, inibire la formazione di zone locali a temperatura elevata, evitare che la batteria si degradi troppo rapidamente in punti a temperatura elevata e ridurre la durata complessiva del pacchetto batterie.

Sistema di gestione termica della Tesla Roadster
IL SISTEMA DI GESTIONE TERMICA DELLA BATTERIA DEL TESLA ROADSTER

Il veicolo elettrico puro Roadster di Tesla Motors utilizza un sistema di gestione termica della batteria con raffreddamento a liquido. Il pacchetto batterie montato sul veicolo è composto da 6831 batterie agli ioni di litio del tipo 18650, delle quali 69 sono collegate in parallelo per formare un insieme (brick), 9 insiemi sono collegati in serie per formare una lamina, e infine 11 strati sono impilati in serie. Il fluido di raffreddamento del sistema di gestione termica della batteria è una miscela al 50% di acqua e al 50% di glicole etilenico.
Figura 1.
(a) è il sistema di gestione termica all'interno della lastra. Il tubo di raffreddamento è disposto a zigzag tra le batterie, e il liquido refrigerante scorre all'interno del tubo per rimuovere il calore generato dalla batteria.
(b) è un diagramma schematico della struttura del tubo di raffreddamento. L'interno del tubo di raffreddamento è suddiviso in quattro canali, come mostrato nella Figura 1.
(c). Il sistema di gestione termica utilizza una configurazione a campo di flusso bidirezionale per evitare l'aumento graduale della temperatura del liquido di raffreddamento durante il flusso. Entrambi i terminali del tubo di raffreddamento funzionano sia come ingresso che come uscita del liquido, come mostrato in figura. Come illustrato in 1
(d). Riempire lo spazio tra le batterie e tra le batterie e i tubi con materiali dotati di isolamento elettrico ma con buona conducibilità termica.

Le funzioni sono:
(1) Sostituire il contatto tra la batteria e il tubo di dissipazione del calore da contatto lineare a contatto superficiale;
(2) Sì, è utile migliorare l'uniformità della temperatura tra le singole celle;
(3) È vantaggioso aumentare la capacità termica complessiva del pacchetto di batterie, riducendo così la temperatura media complessiva.

Attraverso il sistema di gestione termica sopra descritto, la differenza di temperatura tra le singole celle del pacco batteria della Roadster viene mantenuta entro ±2°C. Un rapporto del giugno 2013 ha dimostrato che, dopo aver percorso 100.000 miglia, la capacità del pacco batteria della Roadster può ancora essere mantenuta all'80%~85% della capacità iniziale; la degradazione della capacità risulta chiaramente correlata soltanto al chilometraggio e non alla temperatura ambientale. La relazione con l'età del veicolo non è evidente. Il raggiungimento dei risultati sopra menzionati dipende dal forte supporto fornito dal sistema di gestione termica delle batterie.

Principio di dissipazione termica del sistema di gestione termica delle batterie Tesla
Le soluzioni termiche della tecnologia Uniontenda garantiscono che le prestazioni della batteria della tua auto siano più stabili, prolungano il ciclo di vita del tuo pacco batteria e consentono al tuo pacco batteria di funzionare al meglio.
Principio di dissipazione del calore: Quando la batteria è in funzione, si genera molto calore. Il calore viene trasferito al tubo a liquido di raffreddamento tramite una lamina di silicone termoconduttiva, e successivamente il tubo a liquido di raffreddamento cede il calore al refrigerante. Il liquido presente nel tubo a liquido di raffreddamento circola all'interno del pacchetto batterie per rimuovere il calore.
Principio di dissipazione termica del sistema di gestione termica delle batterie di un noto produttore automobilistico nazionale
Il principio di dissipazione termica: l'utilizzo di una ventola per dissipare attivamente il calore; la ventola fornisce il flusso d'aria, che viene diretto verso il canale di flusso della batteria per riscaldare l'interno del pacchetto batterie. Principio di dissipazione del calore: poiché la differenza di temperatura all'interno del pacchetto batterie non viene mantenuta entro 5°C, viene applicata una guarnizione in silicone termoconduttivo sulle parti superiore e inferiore del pacchetto batterie; questa guarnizione in silicone termoconduttivo convoglia la temperatura verso l'involucro esterno in alluminio. In questo modo, la differenza di temperatura dell'intero modulo batteria viene mantenuta entro 5°C. Ciò soddisfa i requisiti di progettazione del pacchetto batterie, garantendo così una maggiore durata e prestazioni più stabili durante la guida.

Principio di dissipazione del calore: Il pacchetto batteria adotta una dissipazione passiva del calore. Un pad termico viene applicato tra il pacchetto batteria e il dissipatore in alluminio. I materiali d'interfaccia termica trasferiscono la temperatura alla piastra di alluminio, che a sua volta scambia calore con l'aria.
Principio di dissipazione del calore: Il pacchetto batterie adotta una dissipazione passiva del calore. Una lamina termoconduttiva viene applicata tra il pacchetto batterie e il radiatore in alluminio. La lamina in silicone termico trasferisce la temperatura al radiatore in alluminio, che a sua volta scambia calore con l'aria.