Materiały do ​​zarządzania temperaturą akumulatorów – optymalizacja wydajności, bezpieczeństwa i żywotności

Rozwój wysokowydajnych akumulatorów litowo-jonowych jest jednym z najważniejszych motorów innowacji naszych czasów. Niezależnie od tego, czy chodzi o elektromobilność, stacjonarne magazynowanie energii, czy zastosowania przemysłowe – nowoczesne systemy akumulatorowe muszą zapewniać coraz wyższą gęstość energii, krótszy czas ładowania i dłuższą żywotność. Jednocześnie rosną wymagania dotyczące bezpieczeństwa i niezawodności.

Kluczowym czynnikiem sukcesu jest zarządzanie temperaturą akumulatorów. Tylko wtedy, gdy generowane ciepło jest niezawodnie odprowadzane lub skutecznie rozprowadzane, akumulatory mogą stale osiągać maksymalną wydajność. Firma Dr. Dietrich Müller GmbH oferuje kompleksową gamę materiałów termoprzewodzących, materiałów izolacyjnych oraz komponentów niestandardowych, które można indywidualnie dopasować do konkretnych zastosowań.

Dlaczego zarządzanie temperaturą akumulatora jest tak ważne

Akumulatory litowo-jonowe działają optymalnie tylko w ograniczonym zakresie temperatur. Nawet niewielkie wahania temperatury mogą znacząco wpłynąć na ich wydajność.

Nadmierna temperatura może prowadzić między innymi do:

• przyspieszone starzenie się ogniw akumulatorowych,
• skrócona długość życia,
• spadająca wydajność,
• zwiększone ryzyko bezpieczeństwa.

Z kolei zbyt niskie temperatury zmniejszają moc ładowania i rozładowywania oraz znacznie wydłużają czas ładowania.

Szczególnie istotnym czynnikiem jest to, że poszczególne ogniwa w module baterii mogą nagrzewać się w różnym stopniu. Jeśli pojawią się tzw. punkty przegrzania, poszczególne ogniwa starzeją się szybciej niż inne. Dlatego równomierne zarządzanie temperaturą jest kluczowe dla utrzymania długoterminowej wydajności całego systemu baterii.

Różne zastosowania wymagają różnych rozwiązań materiałowych.

W zależności od zastosowania, wymagania dotyczące zarządzania temperaturą znacznie się różnią. Akumulatory do pojazdów elektrycznych, stacjonarnych systemów magazynowania energii czy zastosowań przemysłowych stawiają różne wymagania w zakresie chłodzenia, izolacji i ochrony mechanicznej.

Firma Dr. Dietrich Müller GmbH opracowuje w tym zakresie indywidualne rozwiązania bazujące na różnych technologiach materiałowych:

• folie przewodzące ciepło,
• Płyty przewodzące ciepło,
• Materiały interfejsowe,
• pasty termoprzewodzące,
• Podkładki szczelinowe,
• Materiały zmiennofazowe,
• Materiały elektrycznie izolujące i przewodzące ciepło.

Szeroka gama materiałów pozwala na precyzyjne dopasowanie rozwiązań do konkretnego zastosowania.

Folie i płyty przewodzące ciepło

Folie i płyty przewodzące ciepło są szczególnie efektywnym sposobem przenoszenia ciepła.

Poprawiają one wymianę ciepła między ogniwami akumulatora, radiatorami i obudowami oraz znacząco redukują wpływ izolujących warstw powietrza. Nowoczesne materiały osiągają przewodność cieplną do 9 W/mK, co zapewnia znacznie lepsze odprowadzanie ciepła. Jednocześnie zapewniają ochronę mechaniczną i mogą redukować wibracje lub obciążenia udarowe.

W zależności od zastosowania dostępne są różne materiały, na przykład:

• arkusze silikonowe,
• Folie poliimidowe,
• Filmy PEEK,
• systemy akrylowe przewodzące ciepło,
• folie poliestrowe przewodzące ciepło,
• Pianki z wypełniaczami przewodzącymi ciepło.

Pasty termiczne i materiały zmiennofazowe

Nie każde zastosowanie nadaje się do stosowania materiałów o stałej strukturze. Pasty termiczne lub materiały zmiennofazowe są często stosowane w przypadku złożonych geometrii lub nierównych powierzchni.

Materiały te kompensują nierówności i poprawiają kontakt termiczny między komponentami. Materiały zmiennofazowe magazynują również energię cieplną w krótkim czasie i pomagają redukować wahania temperatury w układzie akumulatora.

Ochrona mechaniczna i izolacja elektryczna

Oprócz przenoszenia ciepła, nowoczesne materiały spełniają również inne ważne zadania.

Służą na przykład jako:

• izolacja elektryczna,
• Separator komórek,
• przekładki,
• Tłumienie drgań,
• Ochrona przed naprężeniami mechanicznymi,
• Bariera zabezpieczająca przed wyciekiem elektrolitów.

W ofercie znajdują się również specjalne elementy formowane lub płyty epoksydowe do oddzielania poszczególnych modułów ogniw. Pozwala to nie tylko zoptymalizować termicznie moduły baterii, ale także zwiększyć ich bezpieczeństwo i wytrzymałość.

Przyszły trend: indywidualnie konfigurowane rozwiązania w zakresie transferu ciepła

Wymagania stawiane systemom akumulatorowym dynamicznie rosną. Wyższe gęstości energii, krótsze czasy ładowania i bardziej kompaktowe konstrukcje wymagają coraz bardziej wydajnych materiałów.

Aktualne wydarzenia obejmują między innymi:

• ultracienkie folie o wysokiej wydajności,
• kleje przewodzące ciepło,
• podkładki termiczne bez silikonu,
• Materiały wysokotemperaturowe,
• Folie PEEK i poliimidowe,
• Podkładki szczelinowe o wysokiej przewodności cieplnej.

Oprócz produktów standardowych, coraz większego znaczenia nabierają rozwiązania niestandardowe. Indywidualnie dopasowane materiały termoprzewodzące ułatwiają montaż, skracają czas produkcji i poprawiają jakość podzespołów.

Dr. Dietrich Müller GmbH jako partner rozwojowy

Firma Dr. Dietrich Müller GmbH posiada wieloletnie doświadczenie w przetwarzaniu folii technicznych, materiałów przewodzących ciepło i materiałów elektroizolacyjnych.

Firma wspiera swoich klientów począwszy od doboru materiałów i projektowania aż po produkcję seryjną, oferując:

• doradztwo techniczne,
• Konfiguracja indywidualnych rozwiązań przewodzenia ciepła,
• Części tłoczone i formowane,
• Obróbka CNC,
• Cięcie laserowe
• Cięcie strumieniem wody
• Opakowania wykonywane na zamówienie.

Połączenie specjalistycznej wiedzy materiałowej z nowoczesną produkcją pozwala na tworzenie rozwiązań idealnie dostosowanych do wymagań współczesnych systemów akumulatorowych.

Streszczenie

Zarządzanie temperaturą w akumulatorach jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność, bezpieczeństwo i żywotność nowoczesnych systemów magazynowania energii. Innowacyjne materiały termoprzewodzące, folie i płyty termoprzewodzące oraz materiały izolacyjne umożliwiają skuteczną kontrolę temperatury, jednocześnie chroniąc wrażliwe ogniwa akumulatorów.

Dzięki bogatej ofercie materiałów i bogatemu doświadczeniu w produkcji firma Dr. Dietrich Müller GmbH wspiera producentów i projektantów w realizacji wysokowydajnych systemów akumulatorowych – od pomysłu po produkcję seryjną.