Теплопроводящие материалы в системах хранения энергии

В электротехнике технологические достижения создали необходимость в поиске новых решений для отвода тепла.

Появление на рынке теплопроводящих материалов позволило модернизировать (в первую очередь, миниатюризировать) приложения. Это стало возможным благодаря теплопроводности и электроизоляционным свойствам этих компонентов.

При проектировании систем охлаждения необходимо учитывать множество факторов:

• Электрическое сопротивление (изоляция и сопротивление)
• Устойчивость к внешним факторам (температура, удары, пыль)
• Средняя и максимальная мощность устройства
• Максимальная рабочая температура
• Коэффициент эффективности системы охлаждения
• Гладкость/пористость охлаждающей поверхности.

Наиболее важными параметрами, характеризующими теплопроводящие материалы, являются:

Теплопроводность – количество тепла, которое будет проходить через данный материал при определенных условиях и в течение времени. Каждый материал имеет различное значение теплопроводности, поэтому не все из них подходят для применения в системах теплоотвода. В теплопроводящих материалах чаще всего используются смеси частиц оксидов металлов (наполнителей) различных размеров и форм для достижения соответствующего значения проводимости.

Тепловое сопротивление – это сопротивление, которое данный материал оказывает тепловому потоку. В системах охлаждения тепловое сопротивление очень важно – мы хотим выбрать материал с наименьшим тепловым сопротивлением для достижения наилучшей эффективности рассеивания тепла. Одна из главных целей таких применений – устранение воздушных зазоров между поверхностями разъемов, поскольку воздух обладает высоким тепловым сопротивлением.

Типы материалов, используемых в аккумуляторных батареях.

Теплопроводящие клеи – это специальные клеи, адаптированные для работы в суровых условиях. Они выдерживают высокие температуры и не высыхают, что означает, что они способны сохранять свои свойства в течение длительного времени. Использование клея улучшает рассеивание тепла, одновременно фиксируя разъемы, устраняя необходимость в винтах или зажимах. Чаще всего их используют для стабилизации и защиты элементов батареи, снижая частоту отказов устройств и обеспечивая оптимальное рассеивание тепла.

Наполнители зазоров (GFL) – это термокомпозиты, которые можно использовать для герметизации устройств и нанесения на радиаторы или крышки корпусов. Их ключевое преимущество – простота нанесения, что позволяет защищать сложные геометрические формы. Эти материалы обычно используются для создания так называемого «проводящего пути». Это решение улучшает тепловые свойства, обеспечивая амортизацию и стабильность. Кроме того, использование наполнителей улучшает электрическую изоляцию, что обеспечивает безопасное использование электрического устройства.

Наполнители – эти материалы структурно очень похожи на наполнители зазоров, но отличаются своими механическими и электрическими свойствами. Наполнители представляют собой фольгу определенной геометрии, поставляемую в листах, рулонах или нарезанную на определенные формы. Они предназначены для компенсации неровностей компонентов, эффективно устраняя пузырьки и воздушные зазоры, и используются в чувствительных к давлению областях применения.

Каковы преимущества использования теплопроводящих материалов?

При анализе влияния температуры на батареи важно отметить, что переменные температуры значительно влияют на производительность батареи. Повышение температуры выше рекомендованных производителем значений приводит к значительным потерям емкости, которые могут достигать 50% емкости батареи. Работа при неблагоприятных температурах приводит к старению батареи с течением времени, что увеличивает частоту отказов. Поэтому использование материалов, эффективно рассеивающих тепло для поддержания оптимальной температуры, позволяет увеличить время работы и повысить производительность устройства хранения энергии.

Теплопроводящие материалы также стабилизируют элементы батареи и всю батарею относительно транспортного средства, защищая ее от механических повреждений. Это важно, поскольку потенциальные удары, которым может подвергаться устройство хранения энергии, приводят к выпадению активной массы пластин из элементов. Это, в свою очередь, приводит к снижению емкости батареи и, в крайних случаях, к внутреннему короткому замыканию. Этот тип неисправности разрушает батарею и требует ее замены.

Устройства хранения энергии подвержены неисправностям, связанным с приливными течениями. Они представляют опасность для людей, работающих поблизости. Токи утечки могут возникать в результате: загрязнения батарейного блока, утечки электролита через корпус батареи или образования зазоров и трещин в корпусе батареи. Использование наполнителя улучшает электрическую изоляцию, что обеспечивает безопасность установки и увеличивает срок ее службы.

Выводы

Теплопроводящие материалы используются в приложениях, генерирующих большое количество тепла, таких как устройства хранения энергии, описанные выше. Использование теплопроводящих материалов повышает эксплуатационную безопасность батарей и устройств хранения. Они обеспечивают стабилизацию рабочей температуры накопителя, позволяя использовать его гораздо дольше при достижении максимальной производительности. В приложениях, подверженных вибрации, целесообразно рассмотреть использование наполнителей для минимизации возможности механического повреждения батарей из-за вибрации.

Анализируя преимущества теплопроводящих материалов в приложениях для хранения энергии, мы можем с уверенностью сказать, что они являются выгодным вложением, которое снизит затраты, связанные с эксплуатацией и обслуживанием таких устройств, обеспечит им защиту и поможет поддерживать надлежащие условия эксплуатации.