ניהול תרמי של סוללות חשמל חדשות לרכבי אנרגיה
ניהול תרמי של סוללת כוח היא אחת הטכנולוגיות המרכזיות בתחום סוללות הליתיום-יון. מטרתו להבטיח את בטיחות הטמפרטורה של הסוללה במהלך השימוש והטעינה, ולשפר את צפיפות האנרגיה וחיי השירות של הסוללה. חומרי ניהול תרמיים הם התמיכה הטכנית הדרושה להשגת מטרה זו. להלן, נציג בפניכם את היישום והניתוח של חומרים לניהול תרמי של סוללות חשמל.
חומרים מוליכים תרמיים
חומרים מוליכים תרמיים ממלאים תפקיד חיוני בניהול תרמי של סוללת החשמל. נכון לעכשיו, חומרים מוליכים תרמיים הנפוצים כוללים משחה מוליך תרמי ויריעות מוליכות תרמיות.
משחה מוליכה תרמית נמצאת בשימוש נרחב על משטח המגע בין סוללות ורדיאטורים, והמוליכות התרמית שלה היא בדרך כלל בין 1-8 W/mK. כחומר מוליך תרמית, הוא יכול להעביר חום ביעילות מאזורי טמפרטורה גבוהה לאזורים בטמפרטורה נמוכה. שיטת ההכנה של משחה מוליכה תרמית כוללת שימוש בחלקיקים מוליכים תרמית כגון חלקיקי יהלום וסיליקון ניטריד כנשאים למילוי פערים וסדקים קטנים. יתרון זה הופך את המשחה המוליך תרמית לשימוש נרחב בניהול תרמי של סוללות חשמל.
יריעות מוליכות תרמיות עשויות בדרך כלל מנחושת או אלומיניום ובעלות מוליכות תרמית של כ-200 W/mK. גיליון זה יכול להעביר ביעילות חום ממשטח הסוללה לרדיאטור הסמוך באופן שווה, ובכך להשיג קירור אחיד של החום על הרדיאטור ומשטח הסוללה. במקביל, הסרט יכול גם לשפר את יכולת הספיגה של הרדיאטור לסוללה ולמנוע מהרדיאטור ליפול תחת רטט.
חומר מחסום תרמי
חומר מחסום תרמי הוא חומר שמאט את זרימת החום, עם מוליכות תרמית בדרך כלל בטווח של 0.2-0.35 W/mK. בנוסף, החומר קל לעיבוד ועיצוב. חומרי מחסום תרמי משמשים לעתים קרובות בתוך מודולי סוללה ומותקנים בין תאי סוללה ורדיאטורים כדי להפחית את שיפוע הטמפרטורה, ובכך להפחית את טמפרטורת פני הסוללה ולהבטיח את בטיחות הסוללה.
ישנן שתי קטגוריות עיקריות של חומרי מחסום תרמיים: חומרי בידוד וחומרי בידוד מרוכבים. חומרי בידוד משמשים בעיקר להפחתת טמפרטורת פני הסוללה ובדרך כלל מותקנים בין תאי הסוללה לרדיאטורים. חומרי הגלם שלה כוללים בעיקר סיבי זכוכית וקרמיקה. חומרי בידוד מרוכבים משלבים מגוון חומרי ביצועים, כגון ננוסיליקה ופולימרים, כדי למנוע הולכה של זרימת חום וזרם. בנוסף, לחומרי בידוד מרוכבים יש חוזק ועמידות גבוהים, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב.
חומרים לשינוי שלב
חומרים לשינוי פאזה הם חומרים שיכולים לספוג ולשחרר כמויות גדולות של אנרגיה תרמית ביעילות, ונקודות ההיתוך שלהם בדרך כלל יציבות מאוד. במהלך הטעינה, כאשר חומר שינוי הפאזה מגיע לטמפרטורה מסוימת, הוא יכול לספוג כמות גדולה של חום, ובכך להפחית את שיא טמפרטורת פני הסוללה במהלך הטעינה והפריקה, לשמור על טמפרטורת פני הסוללה יציבה, ובכך להאריך את חיי הסוללה. לכן, נעשה שימוש נרחב בחומרים לשינוי פאזה בניהול תרמי של סוללות חשמל. חומרים לשינוי פאזה מחולקים בעיקר לשני סוגים: חומרים לשינוי פאזה אורגניים וחומרי שינוי פאזה אנאורגניים. חומרים לשינוי פאזה אורגניים משמשים בדרך כלל בטווחי טמפרטורות נמוכים ובעלי טוהר גבוה, אך הם סופגים ומשחררים חום לאט יחסית. חומרים לשינוי פאזה אנאורגנית סופגים ומשחררים חום מהר יותר, אך בעיות כמו התכה קלה בטמפרטורות גבוהות ורעילות גם מגבילות את היקף היישום שלהם.
בקיצור, ייעול הניהול התרמי של סוללות חשמל הוא המפתח לשיפור הבטיחות, צפיפות האנרגיה וחיי השירות שלהן. שימוש בחומרים כמו חומרים מוליכים תרמית, חומרי מחסום תרמיים וחומרים לשינוי פאזה היא גישה יעילה. כמובן, בחירת החומר צריכה לשקול גם גורמים כמו עלות וקיימות כדי להשיג את התמורה הטובה ביותר לכסף. היישום של אמצעים אלה יכול לשפר באופן משמעותי את הביצועים של סוללות כוח.
