Desain struktur pembuangan panas dari baterai daya roda dua

Desain struktur pembuangan panas baterai daya roda dua

Dengan perkembangan masyarakat, kegiatan sosial menjadi semakin banyak, dan komunikasi jarak pendek dan menengah menjadi semakin umum.

Cara bepergian yang nyaman dan mudah telah dihormati oleh orang-orang. Diantaranya, sepeda listrik, moped listrik, skuter listrik, dan kendaraan roda dua lainnya yang disukai orang.

Semakin banyak kendaraan roda dua juga menghasilkan semakin banyak masalah keselamatan, dan sebagian besar masalah terkait dengan pembuangan panas baterai.

Daftar Isi
YouTube_play_button_icon_(2013–2017).svg

Persyaratan desain pembuangan panas untuk baterai kendaraan roda dua

Desain pembuangan panas dari sepeda listrik roda dua baterai harus memenuhi persyaratan berikut:

  • Paket baterai kendaraan roda dua harus memenuhi persyaratan keandalan dan keamanan dalam kondisi pengujian yang kompleks;
  • Memenuhi persyaratan lingkungan termal dalam kondisi kerja yang kompleks;
  • Memenuhi persyaratan ketat untuk pendinginan baterai sistem dalam ruang struktural yang terbatas.

Desain pembuangan panas baterai kendaraan roda dua

Gunakan sirip pendingin untuk menghilangkan panas

Pada kendaraan roda dua industri baterai lithiumSirip pendingin umumnya digunakan untuk memanaskan komponen elektronik yang mudah panas di papan pelindung sirkuit paket baterai, dan umumnya dikombinasikan dengan silikon termal untuk menyelesaikan pembuangan panas. Gambar 1 menunjukkan skema desain sirip pendingin.

Papan PCB dilengkapi dengan lubang pemasangan sekrup, dan kancing dipaku dan ditekan pada sirip Pendingin oleh pemasok terlebih dahulu untuk membentuk rakitan sirip Pendingin. Rakitan sirip Pendingin disejajarkan dengan lubang pemasangan dan dikunci pada pelat pelindung komponen pemanas dengan sekrup.

Umumnya disarankan untuk mencadangkan ruang yang cukup antara komponen elektronik dan sirip Pendingin, 0,3 ~ 0,6 mm, ruang yang dicadangkan tidak boleh terlalu besar, untuk menghindari pemborosan biaya perekatan yang berlebihan, ruang yang dicadangkan tidak boleh terlalu kecil, untuk menghindari gangguan antara radiator dan komponen elektronik, mudah merusak komponen elektronik. Pada saat ini, sistem perpindahan panas terbentuk antara komponen elektronik dan sirip pendingin dengan gel silika termal.

Sirip pendingin berfungsi membuang panas yang dihasilkan oleh komponen pemanas ke udara di sekitarnya, sehingga kenaikan suhu komponen pemanas tidak akan atau tidak akan mencapai situasi yang tidak terkendali akibat panas berlebih, dan mempertahankan kondisi kerja output normal.

Sirip pendingin biasanya terbuat dari paduan aluminium, perunggu atau kuningan menjadi lembaran, pelat dan pelat, dan kapasitas pembuangan panas sirip pendingin sangat terkait dengan bahan, ketebalan dan luas sirip pendingin, dan perancang dapat melakukan penyesuaian yang sesuai sesuai dengan situasi aktual. Struktur ini mudah diproses dan dipasang, biayanya relatif rendah, merupakan cara pembuangan panas yang paling umum.

Rencana desain sirip pendingin

Pembuangan panas substrat aluminium

Substrat aluminium adalah papan sirkuit tercetak yang terbuat dari aluminium sebagai substrat lapisan logam. Komponen elektronik menggunakan papan sirkuit tercetak sebagai pembawa, dan koneksi serta konduksi antar komponen diwujudkan melalui sirkuit berlapis tembaga pada papan sirkuit tercetak. Substrat papan sirkuit cetak tradisional adalah FR-4, yang merupakan isolator resin epoksi, dan efek konduksi panas tidak terlalu baik.

Performa perpindahan panas papan sirkuit cetak dengan FR-4 sebagai substrat tidak dapat memenuhi kebutuhan beberapa produk dengan konduktivitas termal yang tinggi, sehingga memengaruhi penggunaan papan sirkuit cetak dalam beberapa kesempatan tertentu.

Pemanasan lokal pada papan sirkuit tercetak tidak dapat dievakuasi secara efektif, dan akumulasi panas dari waktu ke waktu mudah menyebabkan pemogokan dan bahkan kegagalan komponen elektronik, dll., Dan munculnya proses substrat aluminium dapat memecahkan masalah utama pembuangan panas ke tingkat yang lebih besar.

Gambar 2 menunjukkan struktur pembuangan panas substrat aluminium. Umumnya, satu panel substrat aluminium terdiri dari struktur tiga lapis. Lapisan pertama adalah lapisan garis dari lapisan permukaan, dan komponen elektronik dapat dipasang ke berbagai titik lapisan garis melalui SMT untuk mewujudkan koneksi dan kontrol prinsip sirkuit.

Lapisan kedua terhubung ke lapisan insulasi atas dan bawah, bahannya adalah isolator, lapisan insulasi harus memiliki konduktivitas termal yang baik, semakin baik konduktivitas termal, semakin kondusif untuk pembuangan panas, mudah untuk menyebarkan panas.

Lapisan ketiga adalah dasar logam, yang secara terus menerus menghilangkan panas dari dua lapisan di atas. Substrat aluminium memiliki kinerja pembuangan panas yang lebih baik dan ketahanan termal yang lebih rendah, sehingga PCB aluminium memiliki umur yang panjang. Di bidang aki kendaraan roda dua, umumnya digunakan di paket baterai sepeda motor listrik dengan produk penyimpanan daya dan energi yang besar.

Solusi pendinginan substrat aluminium

Pembuangan panas dari lembaran silikon termal

Skema pembuangan panas lembaran silikon konduktif termal juga merupakan salah satu metode pembuangan panas yang umum digunakan. Karena tidak ada benda yang benar-benar mulus. Bidang yang tampak halus memiliki tingkat tonjolan atau cekungan yang berbeda di bawah mikroskop elektron, yang disebut kekasaran permukaan objek. Apabila dua bagian struktural yang berbeda dirakit bersama, maka, akan terbentuk rongga mikro yang tak terhitung jumlahnya akibat adanya kekasaran permukaan.

Keberadaan microvoids tidak kondusif untuk konduksi panas dan meningkatkan resistensi termal perambatan panas. Pada saat ini, lembaran silikon konduktif termal yang dapat menghantarkan panas bisa disisipkan di antara kedua benda.

Lembaran silikon konduktif termal diberi tekanan awal tertentu, karena bahan silikon lunak, dapat memasuki celah mikro ke berbagai tingkat, sangat mengurangi ketahanan termal, meningkatkan konduksi panas antara bagian struktural, dan secara efektif menyelesaikan konduksi panas antara dua bagian struktural.

Berikut ini adalah kasus desain lembaran silikon konduktif termal. Gambar 3 menunjukkan skema desain pembuangan panas lembaran silikon konduktif termal. Sel baterai dipasang di lubang pemasangan braket plastik A dan braket B, dan braket dilengkapi dengan struktur pengikat sekrup untuk menahan dan memperbaiki sel baterai dengan erat. Sambungan seri dan paralel antara sel dan sel diselesaikan dengan teknologi pengelasan titik cembung.

Setelah koneksi, tombol paket daya baterai lithium baterai terisi, dan unit baterai tidak dapat menyentuh silinder aluminium secara langsung. Dalam hal ini, ada celah tertentu antara lembaran konduktif dan dinding bagian dalam silinder aluminium. Karena konduktivitas termal udara hanya 0,0242W (/m-K), konduksi panas sangat terhambat.

Pada akhirnya, akumulasi suhu sel dan lembaran konduktif akan menyebabkan baterai memulai perlindungan suhu dan menghentikan kerja catu daya. Dalam skema ini, lembaran silikon konduktif termal dimasukkan ke dalam celah antara lembaran konduktif dan silinder aluminium di satu sisi kemasan baterai. Untuk mempertimbangkan kemampuan produksi baterai, sisi lain dari kemasan baterai diisolasi dengan lembaran PC.

Paket baterai dipasang pada posisi yang ditentukan dalam silinder aluminium, dan paket baterai diamankan dengan sekrup dari bagian atas silinder aluminium, sehingga paket baterai terpasang erat ke sisi atas silinder aluminium. Perlu dicatat di sini bahwa lembaran silikon konduktif termal membutuhkan preload tertentu, sehingga jumlah kompresi lembaran silikon konduktif termal perlu dipertimbangkan saat mendesain.

Dalam kisaran kompresi silikon, semakin besar laju kompresi, semakin kecil resistansi termal, semakin baik efek konduktivitas termalnya. Lembaran silikon konduktif termal dapat menghilangkan udara di celah dan sangat mengurangi resistensi termal kontak.

Dengan cara ini, untuk pengisian dan pengosongan baterai lithium ionselama proses pelepasan, panas yang dihasilkan oleh inti baterai dan lembaran konduktif dapat ditransfer ke cangkang aluminium melalui lembaran silikon termal, dan panas dihamburkan melalui badan cangkang aluminium untuk mencapai tujuan pengoperasian normal baterai.

Solusi pendinginan lembaran silikon-konduktif-termal

Pembuangan panas perekat pot konduksi panas

Perekat pot termal sering dibagi menjadi sistem epoksi dan sistem karet silikon organik. Kekerasan sistem epoksi setelah pengawetan bersifat kaku, dan kualitas lembut sistem karet silikon organik setelah pengawetan bersifat elastis. Sistem karet silikon organik selanjutnya dibagi menjadi perekat pot mekanis satu komponen dan perekat pot mekanis dua komponen.

Perekat pot komponen tunggal memiliki performa pengikatan yang baik dan daya rekat yang kuat, dan fluiditas yang sesuai akan buruk. Perekat pot dua komponen memiliki daya rekat yang buruk, tetapi fluiditasnya bagus dan cepat kering. Dengan mempertimbangkan karakteristik efisiensi produksi dan kecepatan pengeringan, skema pengisian keseluruhan paket baterai umumnya memilih sealant pengisian mekanis dua komponen.

Lem pot dua komponen disimpan secara terpisah sebelum diisi. Apabila digunakan, kedua komponen dicampur secara penuh dan merata dalam proporsi tertentu dalam peralatan pengisian khusus, dan masukkan unit baterai melalui port pengisian. Setelah pot, campuran lem pot dapat diawetkan pada suhu kamar.

Gambar 4 menunjukkan skema pembuangan panas dari perekat pot konduksi panas. Kedua sisi silinder aluminium dilengkapi dengan cangkang muka dan cangkang bawah, cangkang bawah dan silinder aluminium diikat dengan sekrup untuk membentuk pra-pemrosesan silinder aluminium, komponen baterai dipasang ke pra-pemrosesan silinder aluminium, dan kemudian komponen cangkang muka dikunci dengan silinder aluminium untuk membentuk produk setengah jadi. Cangkang bawah dilengkapi dengan dua lubang, satu untuk merekatkan dan yang lainnya untuk ventilasi.

Gambar 5 menunjukkan bagian kemasan baterai. Lem pot termal memasuki saluran pot melalui lubang pot, dan kemudian mengalihkan dari saluran pot ke bagian dalam baterai untuk mengisi bagian dalam baterai. Sel baterai dan papan pelindung dibungkus dengan lem pot.

Saat baterai bekerja, panas yang dihasilkan oleh sumber panas ditransfer ke cangkang aluminium melalui lem pot termal pada waktunya, sehingga dapat mengurangi suhu sumber panas. Pada saat yang sama, skema perekat pot termal juga dapat memainkan peran kedap air pada baterai, dan meningkatkan kinerja kedap air dan tahan lembab pada komponen elektronik, baterai, dan bagian konduktif.

Perekat pot termal memiliki elastisitas tertentu, yang secara efektif dapat mengurangi kerusakan yang disebabkan oleh dampak eksternal pada baterai dalam uji keandalan getaran paket baterai, jatuh, benturan, dll. Namun, skema pembuangan panas perekat pot termal juga memiliki kelemahan yaitu bobot yang relatif besar, biaya tinggi, dan tidak kondusif untuk perbaikan baterai, sehingga disarankan agar desainer mengoptimalkan desain sesuai dengan situasi sebenarnya.

Bagian kemasan baterai

Perbandingan dan ringkasan skema pembuangan panas

  1. Skema pembuangan panas heat sink umumnya dikombinasikan dengan silikon termal, yang digunakan untuk memanaskan komponen elektronik yang mudah panas di papan perlindungan sirkuit paket baterai. Biayanya lebih ekonomis, dan ini adalah cara paling dasar dan paling umum untuk mendinginkan paket baterai roda dua.
  2. Skema pembuangan panas substrat aluminium umumnya digunakan pada sepeda motor listrik dengan produk penyimpanan daya dan energi yang besar. Di bidang kemasan baterai roda dua, skenario penggunaannya relatif sederhana. Dalam kondisi ukuran bentuk yang sama, biayanya sekitar 30% lebih tinggi daripada papan cetak umum.
  3. Skema pembuangan panas lembaran silikon konduktif termal, karena tekstur lembut lembaran silikon yang mudah dipangkas, sangat meningkatkan kenyamanan penggunaan lembaran silikon konduktif termal. Pada saat yang sama memenuhi fungsi isolasi, dapat memperhitungkan konduktivitas termal struktur dan redaman struktur. Namun, konduktivitas termal sedikit lebih rendah dari pada heat sink.
  4. Skema pembuangan panas perekat pot termal memiliki kinerja mendempul yang baik dan fungsi tahan air. Konduktivitas termal perekat pot termal bersifat umum, keuntungannya adalah dapat membungkus sumber panas sepenuhnya, dan area kontak dengan sumber panas adalah yang terbesar.

Oleh karena itu, apabila kemasan baterai kedap air dan sel baterai memiliki persyaratan pengosongan daya, maka ini merupakan solusi yang baik. Namun, setelah pengemasan, tidak mudah untuk membongkar, dan perbaikan lebih melelahkan. Berat baterai setelah pot besar, biayanya relatif tinggi, jika ada permintaan khusus untuk biaya produk dan perbaikan, perlu mempertimbangkan struktur ini dengan cermat.

Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Mendaftar untuk mendapatkan buletin

Dapatkan berita dan informasi terbaru

Buletin BG