Zastosowanie materiałów do zarządzania temperaturą w akumulatorach w pojazdach o napędzie elektrycznym
Zarządzanie termiczne akumulatorów mocy jest kluczową technologią w dziedzinie akumulatorów litowo-jonowych. Jej głównym celem jest zapewnienie, że temperatura akumulatora mieści się w bezpiecznym zakresie podczas użytkowania i ładowania, przy jednoczesnej poprawie gęstości energii i żywotności akumulatora. Materiały do zarządzania termicznego są niezbędnym wsparciem technicznym w celu osiągnięcia tego celu. Następnie przedstawię zastosowanie i analizę materiałów do zarządzania termicznego dla akumulatorów mocy.
1. Materiały przewodzące ciepło
Przewodzenie ciepła jest najbardziej podstawowym problemem w zarządzaniu termicznym akumulatorów, a materiały przewodzące ciepło odgrywają kluczową rolę w tym procesie. Obecnie w akumulatorach stosuje się dwa główne rodzaje materiałów przewodzących ciepło: pastę przewodzącą ciepło i arkusz przewodzący ciepło.
Pasta termoprzewodząca to materiał termoprzewodzący, który przenosi ciepło z wysokiej temperatury do niskiej temperatury i jest często stosowany na powierzchni styku między baterią a grzejnikiem. Przewodność cieplna pasty termoprzewodzącej wynosi zwykle od 1-8 W/mK. Pastę termoprzewodzącą można przygotować, używając jako nośników cząstek diamentu, azotku krzemu i innych cząstek termoprzewodzących. Ponieważ pasta termoprzewodząca może wypełniać drobne szczeliny i pęknięcia, jest szeroko stosowana w zarządzaniu temperaturą akumulatorów.
Arkusz termoprzewodzący to materiał, który równomiernie przenosi ciepło z powierzchni akumulatora do pobliskiego radiatora. Arkusze termoprzewodzące są zwykle wykonane z miedzi lub aluminium, a ich przewodność cieplna wynosi około 200 W/mK. Zastosowanie arkuszy termoprzewodzących może sprawić, że radiator i powierzchnia akumulatora będą bardziej równomiernie chłodzone, a także poprawić adsorpcję radiatora do akumulatora, zapobiegając jego odpadaniu pod wpływem wibracji.
2. Materiał bariery termicznej
Materiał bariery termicznej to materiał, który może spowalniać przepływ ciepła. Jest często stosowany wewnątrz modułów baterii i instalowany między ogniwami baterii a grzejnikami w celu zmniejszenia gradientów temperatury, obniżenia temperatury powierzchni baterii i zwiększenia bezpieczeństwa baterii. Przewodność cieplna materiałów termoizolacyjnych wynosi zwykle od 0.2-0.35 W/mK i jest łatwa w obróbce i formowaniu.
Istnieją dwa główne rodzaje materiałów termoizolacyjnych: izolacyjne materiały termoizolacyjne i kompozytowe materiały termoizolacyjne. Izolacyjne materiały termoizolacyjne są głównie stosowane w celu obniżenia temperatury powierzchni baterii i są instalowane między ogniwami baterii a grzejnikami. Ich główne surowce obejmują włókno szklane, ceramikę itp. Kompozytowe materiały termoizolacyjne są połączeniem wielu materiałów o wysokiej wydajności, takich jak nano-dwutlenek krzemu i polimery. Zapobiegają przewodzeniu ciepła i prądu oraz mają wysoką wytrzymałość i trwałość, dlatego są szeroko stosowane.
3. Materiał zmieniający fazę
Materiał zmieniający fazę to substancja, która może absorbować i uwalniać dużą ilość energii cieplnej, co sprawia, że jest szeroko stosowana w zarządzaniu temperaturą akumulatorów. Zastosowanie materiału zmieniającego fazę może obniżyć szczytową temperaturę powierzchni akumulatora podczas ładowania i rozładowywania, tym samym wydłużając żywotność akumulatora. Dzieje się tak, ponieważ temperatura topnienia materiału zmieniającego fazę jest zwykle bardzo stabilna, więc gdy ładowanie lub rozładowywanie osiągnie określoną temperaturę, materiał zmieniający fazę pochłonie dużą ilość energii cieplnej, tym samym utrzymując stabilny stan temperatury powierzchni akumulatora.
Obecnie materiały zmieniające fazę dzielą się głównie na dwa typy: organiczne materiały zmieniające fazę i nieorganiczne materiały zmieniające fazę. Organiczne materiały zmieniające fazę są głównie stosowane w niskim zakresie temperatur i mają wysoki stopień czystości, ale absorpcja i uwalnianie ciepła jest stosunkowo powolne. Nieorganiczne materiały zmieniające fazę pochłaniają i uwalniają ciepło szybciej, ale problemy łatwego topienia się w wysokiej temperaturze i toksyczności również ograniczają zakres ich zastosowań.
