Теплопровідні матеріали в накопичувачах енергії

В електротехніці технологічний прогрес створив потребу в пошуку нових рішень для розсіювання тепла.

Поява на ринку теплопровідних матеріалів дозволила модернізувати (насамперед мініатюризувати) їх застосування. Це стало можливим завдяки теплопровідності та електроізоляційним властивостям цих компонентів. З часом почали розглядати використання теплопровідних матеріалів у портативних акумуляторах, оскільки ці матеріали значно гірше працюють і більш схильні до виходу з ладу за високих температур.

Під час проектування систем охолодження необхідно враховувати багато факторів:

• Електричний опір (ізоляція та опори)
• Стійкість до зовнішніх факторів (температура, удари, пил)
• Середня та максимальна потужність пристрою
• Максимальна робоча температура
• Ефективність системи охолодження
• Гладкість/пористість поверхні охолодження.

Найважливішими параметрами, що характеризують теплопровідні матеріали, є:

Теплопровідність – кількість тепла, яка проходить через даний матеріал за певних умов і з часом. Кожен матеріал має різне значення теплопровідності, що робить не всі з них придатними для застосування в тепловіддачі. У теплопровідних матеріалах найчастіше використовуються суміші частинок оксидів металів (наповнювачів) різних розмірів і форм для досягнення відповідного значення провідності.

Термостійкість – це опір, який даний матеріал надає потоку тепла. У системах охолодження термічна стійкість дуже важлива – ми хочемо вибрати матеріал з найнижчим термічним опором, щоб досягти найкращої можливої ​​продуктивності тепловіддачі. Однією з головних цілей такого застосування є усунення повітряних зазорів між поверхнями роз'ємів, оскільки повітря має високий термічний опір.

Види матеріалів, що використовуються в акумуляторних накопичувачах.

Теплопровідні клеї – це спеціальні клеї, пристосовані для роботи в суворих умовах. Вони витримують високі температури та не висихають, а це означає, що вони здатні зберігати свої властивості протягом тривалого часу. Використання клею покращує тепловіддачу, одночасно закріплюючи роз'єми, усуваючи необхідність використання гвинтів або затискачів. Найчастіше їх використовують для стабілізації та захисту елементів акумулятора, знижуючи рівень відмов пристроїв та забезпечуючи оптимальне розсіювання тепла.

Заповнювачі зазорів (ЗЗЗ) – це термокомпозиції, які можна використовувати для інкапсуляції пристроїв та наносити на радіатори або кришки корпусів. Їх ключовою перевагою є простота застосування, що дозволяє захистити складні геометрії. Ці матеріали зазвичай використовуються для створення так званого «шляху провідності». Це рішення покращує теплові властивості, забезпечуючи амортизацію та стабільність. Крім того, використання наповнювачів покращує електричну ізоляцію, що призводить до безпечного використання електричного пристрою.

Заповнювачі – ці матеріали структурно дуже схожі на заповнювачі зазорів, але відрізняються своїми механічними та електричними властивостями. Заповнювачі – це фольга зі специфічною геометрією, що постачається в листах, рулонах або нарізана на певні форми. Вони призначені для компенсації нерівностей компонентів, таким чином ефективно усуваючи бульбашки та повітряні зазори, і використовуються в системах, чутливих до тиску.

Які переваги використання теплопровідних матеріалів?

Аналізуючи вплив температури на акумулятори, важливо зазначити, що змінні температури суттєво впливають на їхню продуктивність. Підвищення температури вище рекомендованих виробником значень призводить до значних втрат ємності, які можуть досягати до 50% ємності акумулятора. Робота за несприятливих температур з часом призводить до старіння акумулятора, що призводить до збільшення частоти відмов. Тому використання матеріалів, які ефективно розсіюють тепло для підтримки оптимальної температури, дозволяє збільшити час роботи та покращити продуктивність пристрою накопичення енергії.

Теплопровідні матеріали також стабілізують елементи акумулятора та весь акумулятор відносно транспортного засобу, захищаючи його від механічних пошкоджень. Це важливо, оскільки потенційні удари, яким може піддатися пристрій накопичення енергії, призводять до випадання активної маси пластин з елементів. Це, у свою чергу, призводить до зменшення ємності акумулятора та, в крайніх випадках, до внутрішнього короткого замикання. Цей тип поломки руйнує акумулятор і вимагає його заміни.

Пристрої накопичення енергії схильні до несправностей, пов'язаних з припливними течіями. Вони становлять небезпеку для людей, які працюють поблизу. Струми витоку можуть виникати в результаті: забруднення блоку акумулятора, витоку електроліту через корпус акумулятора або утворення зазорів і тріщин у корпусі акумулятора. Використання наповнювача покращує електричну ізоляцію, що призводить до безпеки установки та збільшення терміну її служби.

Висновки

Теплопровідні матеріали використовуються в пристроях, що генерують велику кількість тепла, наприклад, у пристроях накопичення енергії, про які йшлося вище. Використання теплопровідних матеріалів підвищує експлуатаційну безпеку акумуляторів, батарей та пристроїв накопичення. Вони забезпечують стабілізацію робочої температури накопичувача, що дозволяє використовувати його набагато довше, досягаючи пікової продуктивності. У випадках, коли акумулятори піддаються впливу вібрації, варто розглянути використання наповнювачів, щоб мінімізувати можливість механічного пошкодження акумуляторів через вібрацію.

Аналізуючи переваги теплопровідних матеріалів у застосуваннях накопичувачів енергії, можна впевнено сказати, що вони є вигідною інвестицією, яка зменшить витрати, пов'язані з експлуатацією та обслуговуванням таких пристроїв, забезпечуючи їм захист та допомагаючи підтримувати належні умови експлуатації.