Toplinsko upravljanje novim energetskim pogonskim baterijama vozila
Upravljanje toplinom baterije za napajanje jedna je od ključnih tehnologija u području litij-ionskih baterija. Cilj mu je osigurati temperaturnu sigurnost baterije tijekom upotrebe i punjenja te poboljšati gustoću energije i životni vijek baterije. Materijali za toplinsko upravljanje neophodna su tehnička podrška za postizanje ovog cilja. U nastavku ćemo vas upoznati s primjenom i analizom materijala za upravljanje toplinom energetskih baterija.
Materijali koji provode toplinu
Materijali koji provode toplinu igraju vitalnu ulogu u upravljanju toplinom baterije. Trenutno, najčešće korišteni toplinski vodljivi materijali uključuju toplinski vodljivu pastu i toplinski vodljive ploče.
Termo vodljiva pasta široko se koristi na kontaktnoj površini između baterija i radijatora, a njezina toplinska vodljivost je obično između 1-8 W/mK. Kao materijal koji vodi toplinu, može učinkovito prenositi toplinu iz područja visoke temperature u područja niske temperature. Metoda pripreme toplinski vodljive paste uključuje korištenje toplinski vodljivih čestica kao što su dijamantne čestice i silicijev nitrid kao nosača za popunjavanje malih praznina i pukotina. Ova prednost čini toplinski vodljivu pastu široko korištenom u upravljanju toplinom baterija.
Toplinski vodljive ploče obično su izrađene od bakra ili aluminija i imaju toplinsku vodljivost od približno 200 W/mK. Ova ploča može učinkovito ravnomjerno prenositi toplinu s površine baterije na obližnji radijator, čime se postiže ravnomjerno hlađenje topline na površini radijatora i baterije. U isto vrijeme, folija također može poboljšati kapacitet adsorpcije radijatora na bateriju i spriječiti da radijator padne pod vibracijama.
Materijal toplinske barijere
Materijal toplinske barijere je materijal koji usporava protok topline, s toplinskom vodljivošću obično u rasponu od 0.2-0,35 W/mK. Osim toga, materijal se lako obrađuje i oblikuje. Materijali toplinske barijere često se koriste unutar baterijskih modula i postavljaju između baterijskih ćelija i radijatora kako bi se smanjili temperaturni gradijenti, čime se snižava površinska temperatura baterije i osigurava sigurnost baterije.
Dvije su glavne kategorije materijala za toplinsku barijeru: izolacijski materijali i kompozitni izolacijski materijali. Izolacijski materijali uglavnom se koriste za smanjenje površinske temperature baterije i obično se postavljaju između baterijskih ćelija i radijatora. Njegove sirovine uglavnom uključuju staklena vlakna i keramiku. Kompozitni izolacijski materijali kombiniraju različite učinkovite materijale, kao što su nanosilicijev dioksid i polimeri, kako bi se spriječilo provođenje protoka topline i struje. Osim toga, kompozitni izolacijski materijali imaju visoku čvrstoću i izdržljivost, pa su naširoko korišteni.
Materijali za promjenu faze
Materijali s faznom promjenom tvari su koje mogu učinkovito apsorbirati i otpuštati velike količine toplinske energije, a njihova su tališta obično vrlo stabilna. Tijekom punjenja, kada materijal s promjenom faze dosegne određenu temperaturu, može apsorbirati veliku količinu topline, smanjujući tako vršnu temperaturu površine baterije tijekom punjenja i pražnjenja, održavajući stabilnu temperaturu površine baterije i time produžujući vijek trajanja baterije. Stoga se materijali s faznom promjenom naširoko koriste u upravljanju toplinom energetskih baterija. Materijali s faznom promjenom uglavnom se dijele u dvije vrste: organski materijali s faznom promjenom i anorganski materijali s faznom promjenom. Materijali s organskom faznom promjenom obično se koriste u rasponima niskih temperatura i imaju visoku čistoću, ali apsorbiraju i otpuštaju toplinu relativno sporo. Anorganski materijali s faznom promjenom apsorbiraju i otpuštaju toplinu brže, ali problemi poput lakog taljenja pri visokim temperaturama i toksičnosti također ograničavaju njihov opseg primjene.
Ukratko, optimizacija upravljanja toplinom energetskih baterija ključ je za poboljšanje njihove sigurnosti, gustoće energije i životnog vijeka. Korištenje materijala kao što su toplinski vodljivi materijali, materijali za toplinsku barijeru i materijali s faznom promjenom učinkovit je pristup. Naravno, odabir materijala također treba uzeti u obzir faktore kao što su cijena i održivost kako bi se postigla najbolja vrijednost za novac. Primjena ovih mjera može značajno poboljšati performanse baterija.
