Materiały interfejsu termicznego i-elementy wycinane matrycowo do modułów akumulatorów EV: praktyczny przewodnik po wyborze

Ciepło to druga-najważniejsza-rzecz, którą należy zarządzać w zestawie akumulatorów pojazdów elektrycznych, zaraz po ścieżce elektrycznej. Ogniwa generują ciepło podczas ładowania i rozładowywania, obudowa pakietu je zatrzymuje, a różnica między modułem-dobrze zarządzanym-termicznie a modułem źle zarządzanym objawia się szybszą degradacją, obniżeniem wartości znamionowych w przypadku szybkiego-ładowania oraz - w najgorszych przypadkach - niekontrolowaną propagacją ciepła. Elementy przenoszące ciepło są małe, płaskie i łatwe do przeoczenia: przekładki termiczne między ogniwami a płytami chłodzącymi, wypełniacze szczelin między modułami a obudową pakietu oraz wycięcia-izolacyjne, które zapobiegają zwarciu ścieżki termicznej.

W tym przewodniku opisano rodziny materiałów, numery specyfikacji, które mają rzeczywiście znaczenie, oraz ograniczenia procesu-wykrawania, które decydują o tym, czy część termiczna będzie działać na linii. Został napisany na podstawie pytań, które zespół inżynierów Shanyo otrzymuje w ramach programów pojazdów elektrycznych i magazynowania energii, w ramach których wykrojniki-termiczne są coraz częściej dostarczane wraz z szynami zbiorczymi i komponentami kopuły już produkowanymi przez fabrykę.

Jak ciepło przemieszcza się w module akumulatorowym

Ścieżka cieplna modułu akumulatora to łańcuch: powierzchnia ogniwa, materiał interfejsu termicznego (TIM), płyta chłodząca i płyn chłodzący. Każde ogniwo w łańcuchu zwiększa opór, a najsłabsze ogniwo ustala temperaturę modułu. TIM jest zwykle najmniej znanym ogniwem, ponieważ w przeciwieństwie do części metalowych nie ma blasku arkusza danych - jest to miękka podkładka, pasta lub folia-zmieniająca fazę, której właściwości termiczne zależą wyłącznie od sposobu nałożenia i skompresowania.

Obliczenie budżetu termicznego jest proste: strumień ciepła ogniwa (W) podzielony przez dopuszczalny wzrost temperatury (stopień) daje wymaganą przewodność cieplną (W/stopień) TIM. Dzielenie tego przez powierzchnię styku daje wymaganą impedancję cieplną w stopniach ·cm²/W - liczbę w arkuszu danych TIM. Dwie wartości, które są najczęściej nadużywane, to przewodność cieplna (W/m·K), która opisuje przewodnictwo wewnętrzne materiału, oraz impedancja cieplna, która obejmuje rezystancję styku na obu stykach. Podkładka o mocy 5 W/m·K zainstalowana ze słabym kontaktem może działać gorzej niż podkładka o mocy 3 W/m·K, która jest prawidłowo skompresowana, ponieważ dominują przerwy w interfejsie.

Rodziny podkładek termicznych i kiedy ich używać

• Podkładki termiczne na bazie-silikonu (1–6 W/m·K):koń pociągowy do zastosowań w akumulatorach i energoelektronice. Miękkie, dopasowujące się, dostępne w grubościach od 0,5 mm do 5 mm i-możliwe do wycinania przy użyciu matrycy w kształty modułów. Różnica polega na miękkości w porównaniu z obsługą - bardziej miękkich podkładek lepiej dopasowują się do kształtu, ale łatwiej się rozrywają w przypadku automatycznego umieszczania.
• Podkładki-wypełniające luki:grubsze, bardzo dopasowujące się podkładki (2-6 mm), które wypełniają nierówne szczeliny pomiędzy ogniwami, szynami zbiorczymi i obudowami. Ich zadaniem nie jest wysoka przewodność, ale gwarantowany kontakt przez zmienną szczelinę. Określany na podstawie zakresu szczeliny i dostępnej siły ściskającej, a nie samego W/m·K.
• Podkładki-wzmocnione włóknem szklanym:sztywniejsze podkładki o lepszej odporności na przebicie do zastosowań, w których podkładka jest trudna do obsługi lub gdzie twarda krawędź może się przebić. Nieco wyższa impedancja cieplna niż niewzmocniony silikon o tej samej przewodności.
• Materiały-zmieniające fazę:pasta-podobnie jak podczas aplikacji, w temperaturze roboczej wtapiają się w powierzchnię styku i wypełniają mikroskopijne szczeliny. Najwyższa wydajność na jednostkę grubości, ale trudniejsza w obsłudze i zwykle stosowana w postaci arkuszy lub folii szablonowych.
• Typy-z wypełnieniem ceramicznym i azotkiem boru-:opcje wyższej-przewodności (6-10+ W/m·K) dla elektroniki mocy i stopni falownika, przy wyższym koszcie i sztywności.

Określanie podkładki termicznej: liczby, które mają znaczenie

Kiedy rysunek podkładki termicznej trafia do dostawcy-wycinanego, użyteczna specyfikacja ma pięć cyfr:

• Przewodność cieplna (W/m·K):przewodnictwo wewnętrzne materiału, mierzone zgodnie z ASTM D5470 lub ISO 22007-2. Jest to liczba potencjalnych klientów marketingowych; to nie jest cała historia.
• Impedancja cieplna przy kompresji roboczej (stopień ·cm²/W):obejmuje rezystancję styku przy określonym ciśnieniu. Jest to liczba potrzebna do symulacji termicznej.
• Grubość i tolerancja grubości:podkładka określona jako 1,0 mm z tolerancją ± 10% może wynosić 0,9 lub 1,1 mm, co zmienia kompresję i impedancję. Tolerancja jest prawdziwą zmienną projektową, a nie formalnością rysunkową.
• Współczynnik kompresji i siła:jak bardzo podkładka ściska się przy danym ciśnieniu i ile siły to wymaga. Siła docisku obudowy musi być w stanie docisnąć podkładkę do jej projektowej grubości.
• Zakres temperatur pracy:podkładki silikonowe mają zazwyczaj temperaturę od -40 do +150 stopnia lub więcej; podkładka musi zachować swoje właściwości w całym oknie cyklu termicznego opakowania.

W przypadku modułów akumulatorowych na szczególną uwagę zasługuje tolerancja grubości, ponieważ zadaniem podkładki jest wypełnienie określonej szczeliny. Jeśli szczelina między ogniwem a płytą chłodzącą wynosi 2 mm, a podkładka ma 1,8 mm, styk jest miękki; przy 2,2 mm podkładka może być nadmiernie-ściśnięta i wycisnąć lub naprężyć komórkę. Shanyo utrzymuje grubość podkładki zgodnie z tolerancją rysunku wyciętych części i rejestruje zmierzoną grubość w odniesieniu do partii, a to są dokładnie te dane, które chce zobaczyć audyt.

Matryca-Cięcie materiałów termicznych: jakie zmiany w cięciu

Podkładki termiczne stwarzają dla sztancownicy dwa problemy, których nie powodują zwykłe materiały uszczelek. Po pierwsze, są miękkie i lepkie; źle ustawione cięcie-pocałunkiem lub tępe ostrze powoduje powstawanie postrzępionych krawędzi, które rozrywają się w miejscu, a lepka krawędź powoduje zanieczyszczenie żyłki. Po drugie, geometria cięcia określa obszar styku, a obszar styku to wydajność cieplna - podkładka przycięta o 0,5 mm wzdłuż jednej krawędzi traci ten pasek ścieżki cieplnej.

• Jakość krawędzi:parametry cięcia (ostrość ostrza, prędkość cięcia, podparcie materiału) są ustawione tak, aby uzyskać czyste krawędzie-bez rozdarć. Kontrola akceptacji ma charakter wizualny i wymiarowy i jest weryfikowana na początku linii oraz na próbkach w trakcie całej serii.
• Tolerancja wymiarowa:±0,1-0,2 mm jest typowe dla podkładek termicznych, w zależności od miękkości materiału; tolerancja rysunku i rzeczywiste zachowanie materiału muszą być dopasowane, w przeciwnym razie część jest zawyżona.
• Obsługa wkładki zwalniającej:większość podkładek termicznych jest dostarczana na podkładce zabezpieczającej, a wkładka musi być czysta, bez rozciągania lub rozdzierania podkładki. Wybór wykładziny jest częścią specyfikacji, a nie refleksją.
• Laminowanie:podkładki dostarczane z klejem po jednej stronie (do pozycjonowania) są laminowane, a następnie wycinane; rejestracja kleju względem podkładki jest utrzymywana jak każda część laminowana.

Matryca izolacyjna-Wycięcia w tym samym stosie

Ścieżka cieplna w akumulatorze jest otoczona izolacją elektryczną: podkładka termiczna przewodzi ciepło i nie może przewodzić prądu pomiędzy ogniwem a płytą chłodzącą. Matryca izolacyjna-tnie - poliester, poliimid, Nomex lub folie powlekane - umieszczane pomiędzy ogniwem, podkładką i płytą, a te dwie części są zwykle projektowane jako stos. Parametry techniczne to wytrzymałość dielektryczna (zwykle oceniana dla napięcia pakietu z marginesem, np. 1,5-3 kV), grubość (która dodaje się do ścieżki termicznej) oraz ta sama jakość krawędzi i tolerancja jak w przypadku podkładki. Podkładka termiczna i folia izolacyjna są często wymieniane i cięte razem, ponieważ całkowita grubość stosu i jego zachowanie przy ściskaniu stanowią łączną konstrukcję.

Ramki samoprzylepne i części pozycjonujące

Części termiczne nie pozostają na swoim miejscu same. Ramki samoprzylepne i wykrojniki pozycjonujące-nacięcia - pierścienie PSA, ramki z taśmy, wypustki wyrównujące - utrzymują podkładkę do ogniwa, izolację do płyty lub moduł razem podczas montażu. Są to części, które są przeprojektowywane jako ostatnie i ulegają uszkodzeniu jako pierwsze, gdy przeprojektowanie zostaje pominięte: klej, który nie zwilża energii powierzchniowej obudowy modułu, rama, która odgazowuje się, tworząc szczelną obudowę, wypustka, która uwalnia się podczas wibracji. Ta sama dyscyplina dotycząca kwalifikacji materiału, która ma zastosowanie do materiałów termicznych, dotyczy kleju: dopasowanie energii powierzchniowej, zakres temperatur, zachowanie odgazowujące i kompatybilność warstwy rozdzielającej są częścią specyfikacji.

Dokumentacja jakości: czego wymaga audyt programu EV

Programy akumulatorów do pojazdów elektrycznych audytują swój łańcuch dostaw w zakresie rozwiązań termicznych i izolacyjnych w taki sam sposób, w jaki programy motoryzacyjne audytują wszystko inne. Dokumenty, które utrzymują-wykrojonego dostawcę materiałów termicznych na liście zatwierdzonych dostawców:

• Certyfikaty materiałowe dla podkładki termicznej, folii izolacyjnej i kleju, z numerem partii identyfikowalnym na etykiecie rolki.
• Wytnij-zapisy wymiarów i grubości części, uwzględniając zmierzone wartości względem tolerancji rysunku.
• Weryfikacja właściwości termicznych, jeśli program tego wymaga, - przewodności lub impedancji mierzonej na materiale produkcyjnym, a nie tylko wartości z arkusza danych.
• Zapisy procesu: parametry cięcia, ustawienia laminowania i wyniki kontroli partii.
• Zapisy testów dielektrycznych części izolacyjnych, gdzie zastosowanie wymaga weryfikacji wysoko-.

Linia wykrawania firmy Shanyo-zapisuje to wszystko w oparciu o ten sam system identyfikowalności partii, który jest stosowany w produkcji metalowych kopułek, matryc kopułkowych i szyn zbiorczych, dzięki czemu stos termiczny, szyny zbiorcze i komponenty przełączników w ramach programu akumulatorów są dostarczane ze spójną, podlegającą kontroli dokumentacją.

Jak łączą się programy termalne i autobusowe

W przypadku pojazdów elektrycznych i programów magazynowania energii stos termiczny i ścieżka elektryczna są zwykle określane razem - szyna zbiorcza przenosi prąd, podkładka termiczna zarządza ciepłem, a folia izolacyjna oddziela je od siebie. Zaopatrzenie Shanyoszyny miedzianei wykrojniki termiczne-z tej samej fabryki, co oznacza jeden pakiet rysunków, jedną kwalifikację i jeden ślad partii dla dwóch rodzin części w tym samym module. Themoduł wycinany-strona w witrynie Shanyo zawiera listę standardowej oferty; zespół inżynierów wspólnie porówna układ komina i szyny zbiorczej z rysunkiem modułu.

Lista kontrolna projektu dla programu cięcia termicznego-

• Określ szczelinę, którą podkładka musi wypełnić, i dostępną siłę docisku, a nie tylko przewodność.
• Określ tolerancję grubości odpowiadającą rzeczywistemu zachowaniu materiału i wrażliwości aplikacji.
• Uwzględnij warstwę izolacyjną w projekcie komina termicznego, podając parametry dielektryczne i grubość.
• Wybierz wykładzinę i klej, mając na uwadze linię montażową - metodę umieszczenia, energię powierzchniową, temperaturę.
• Wymagaj zapisów grubości i wymiarów dla każdej partii oraz weryfikacji termicznej, jeśli program tego potrzebuje.
• Dostosuj proces cięcia do rzeczywistego materiału - miękka podkładka, która tnie czysto przy grubości 1,0 mm, może rozerwać się przy 3,0 mm.

Typowe błędy w specyfikacji-wykroju termicznego

Błędy, które najczęściej pojawiają się w przypadku zwracanych części termicznych, są spójne: określenie przewodności i ignorowanie impedancji i kompresji, co skutkuje dobrą symulacją podkładki, ale słabą wydajnością; tolerowanie grubości większej niż może utrzymać materiał, co podnosi koszty i współczynnik odrzutów; zapomnienie o podkładce i kleju w specyfikacji, co powoduje błędy w umieszczeniu na linii klienta; i przycięcie podkładki do śladu komponentu bez uwzględnienia szczeliny i kompresji, co powoduje głodzenie ścieżki cieplnej. Każdy z nich jest błędem specyfikacji, a nie błędem produkcyjnym -, dlatego Shanyo porównuje rysunki termiczne z aplikacją przed wykonaniem narzędzi i dlatego programy, które zaczynają od przerwy i wymuszają dane zamiast skopiowanego arkusza danych, kończą z mniejszą liczbą rund prototypowych.

Shanyo to producent komponentów precyzyjnych z siedzibą w Qingdao-wycinane-komponenty termiczne i EMI, miedziane szyny zbiorcze, kopuły metalowe, macierze arkuszy kopułkowych, klawiatury silikonowe, przełączniki membranowe i zespoły FPC dla klientów z branży pojazdów elektrycznych, magazynów energii, elektroniki przemysłowej, medycznej i konsumenckiej na całym świecie. Aby uzyskać przegląd projektu komina termicznego lub wycenę, skontaktuj się z zespołem inżynierów Shanyo, przedstawiając rysunek modułu, szczelinę i budżet termiczny.

Jak zaangażować Shanyo do programu cięcia termicznego-

Najszybszą drogą do prawidłowej wyceny jest rysunek modułu plus trzy liczby definiujące zadanie termiczne: szczelina, którą musi wypełnić podkładka, dopuszczalny wzrost temperatury i dostępna siła docisku. Na ich podstawie zespół inżynierów Shanyo podaje zalecenia dotyczące rodziny materiałów, grubość i tolerancję podkładki, wymagania dotyczące izolacji, jeśli stos jej potrzebuje, oraz przykładowy czas realizacji -, zwykle w ciągu dwóch dni roboczych. W przypadku programów, które już kupują szyny zbiorcze lub układy kopułowe, stos termiczny jest dodawany do tego samego zamówienia i tej samej partii, tak zaczyna większość klientów pojazdów elektrycznych: jedna fabryka, jeden pakiet rysunków, jeden plik audytu komponentów elektrycznych i termicznych modułu.

Ścieżka cieplna pakietu baterii nie jest decyzją pojedynczego elementu; jest to zbiór decyzji dotyczących - materiału podkładki, grubości, izolacji, kleju, tolerancji cięcia, dokumentacji -, które składają się na temperaturę modułu. Dostosowanie stosu na etapie specyfikacji jest tańsze niż-przeprojektowanie go na etapie prototypu i jest to część programu, w ramach której doświadczony dostawca-wykrojników zarabia na marży kilkakrotnie. Zacznij od szczeliny i budżetu cieplnego, wybierz rodzinę materiałów, a następnie pozwól, aby inżynieria wycinania-i izolacji dokończyła szczegóły.