Projeto da estrutura de dissipação de calor da bateria de duas rodas
Com o desenvolvimento da sociedade, as actividades sociais são cada vez mais abundantes e a comunicação a curta e média distância é cada vez mais comum.
A forma confortável e cómoda de viajar tem sido respeitada pelas pessoas. Entre eles, as bicicletas eléctricas, os ciclomotores eléctricos, as trotinetas eléctricas e outros veículos de duas rodas são os preferidos das pessoas.
O aumento do número de veículos de duas rodas também gera cada vez mais problemas de segurança, e a maioria dos problemas está relacionada com a dissipação de calor da bateria.
Índice
Requisitos de conceção da dissipação de calor para baterias de veículos de duas rodas
O conjunto de baterias para veículos de duas rodas deve cumprir os requisitos de fiabilidade e segurança em condições de ensaio complexas;
Cumprir os requisitos do ambiente térmico em condições de trabalho complexas;
Cumprir os requisitos restritivos para arrefecimento da bateria sistemas num espaço estrutural limitado.
Conceção da dissipação de calor da bateria de duas rodas
Utilizar aletas de arrefecimento para dissipar o calor
No sector dos veículos de duas rodas indústria das pilhas de lítioA aleta de arrefecimento é geralmente utilizada para aquecer os componentes electrónicos que são fáceis de aquecer na placa de proteção do circuito da bateria, e é geralmente combinada com silicone térmico para completar a dissipação de calor. A figura 1 mostra o esquema de conceção da aleta de arrefecimento.
A placa de circuito impresso é fornecida com orifícios de montagem para parafusos e os pinos são rebitados e pressionados na aleta de arrefecimento pelo fornecedor com antecedência para formar um conjunto de aleta de arrefecimento. O conjunto da aleta de arrefecimento é alinhado com os orifícios de montagem e bloqueado na placa de proteção do componente de aquecimento com parafusos.
Recomenda-se geralmente que se reserve espaço suficiente entre os componentes electrónicos e a aleta de arrefecimento, 0,3 ~ 0,6 mm, o espaço reservado não deve ser demasiado grande, de modo a evitar desperdícios excessivos de custos de colagem, o espaço reservado não deve ser demasiado pequeno, para evitar interferências entre o radiador e os componentes electrónicos, fáceis de danificar os componentes electrónicos. Neste momento, o sistema de transferência de calor é formado entre os componentes electrónicos e a aleta de arrefecimento por gel de sílica térmica.
A aleta de arrefecimento tem a função de dissipar o calor gerado pelo componente de aquecimento para o ar circundante, de modo a que o aumento da temperatura do componente de aquecimento não atinja ou não atinja uma situação fora de controlo devido a sobreaquecimento e mantenha o estado normal de funcionamento da saída.
A aleta de arrefecimento é geralmente feita de liga de alumínio, bronze ou latão em folhas, placas e placas, e a capacidade de dissipação de calor da aleta de arrefecimento está fortemente relacionada com o material, espessura e área da aleta de arrefecimento, e o designer pode fazer os ajustes correspondentes de acordo com a situação real. Esta estrutura é fácil de processar e instalar, o custo é relativamente baixo, é a forma mais comum de dissipação de calor.
Dissipação de calor do substrato de alumínio
O substrato de alumínio é uma placa de circuito impresso feita de alumínio como substrato de camada metálica. Os componentes electrónicos tomam a placa de circuito impresso como suporte, e a ligação e a condução entre os componentes são realizadas através do circuito revestido a cobre na placa de circuito impresso. O substrato tradicional da placa de circuito impresso é o FR-4, que é um isolante de resina epóxi, e o efeito de condução de calor não é muito bom.
O desempenho da transferência de calor da placa de circuito impresso com FR-4 como substrato não conseguiu satisfazer as necessidades de alguns produtos de elevada condutividade térmica, afectando a utilização de placas de circuito impresso em algumas ocasiões específicas.
O aquecimento local na placa de circuito impresso não pode ser evacuado eficazmente, e a acumulação de calor ao longo do tempo é fácil de causar greves e até mesmo falhas de componentes electrónicos, etc., e o surgimento do processo de substrato de alumínio pode resolver o grande problema da dissipação de calor em maior medida.
A figura 2 mostra a estrutura de dissipação de calor do substrato de alumínio. Geralmente, um único painel de substrato de alumínio é composto por uma estrutura de três camadas. A primeira camada é a camada de linha da camada de superfície e os componentes electrónicos podem ser fixados em diferentes pontos da camada de linha através de SMT para realizar a ligação e o controlo do princípio do circuito.
A segunda camada está ligada à camada de isolamento superior e inferior, o seu material é um isolante, a camada de isolamento tem de ter boa condutividade térmica, quanto melhor for a condutividade térmica, mais propícia à dissipação de calor, fácil de espalhar o calor.
A terceira camada é uma base metálica, que dissipa continuamente o calor das duas camadas anteriores. O substrato de alumínio tem melhor desempenho de dissipação de calor e menor resistência térmica, pelo que a PCB de alumínio tem uma vida longa. No domínio das baterias eléctricas para veículos de duas rodas, é geralmente utilizada em bateria para motociclos eléctricos com produtos de grande potência e de armazenamento de energia.
Dissipação de calor da folha de silicone térmica
O esquema de dissipação de calor da folha de silicone termocondutora é também um dos métodos de dissipação de calor mais utilizados. Porque não existe um objeto absolutamente liso. Os planos aparentemente lisos têm diferentes graus de saliências ou depressões ao microscópio eletrónico, o que se designa por rugosidade da superfície do objeto. Quando duas peças estruturais diferentes são montadas juntas, formam-se inúmeros micro-vazios devido à existência de rugosidade da superfície.
A existência de microvazios não é propícia à condução de calor e aumenta a resistência térmica da propagação de calor. Neste momento, pode ser introduzida entre os dois objectos uma folha de silicone termocondutora que pode conduzir o calor.
A folha de silicone condutora térmica recebe uma certa pré-pressão, porque o material de silicone é macio, pode entrar no micro-gap em vários graus, reduzindo consideravelmente a resistência térmica, melhorando a condução de calor entre as partes estruturais e resolvendo eficazmente a condução de calor entre as duas partes estruturais.
Segue-se um caso de conceção de uma folha de silicone condutora de calor. A Figura 3 mostra o esquema de conceção da dissipação de calor da folha de silicone condutora de calor. A célula da bateria é instalada nos orifícios de montagem do suporte de plástico A e do suporte B, e o suporte é fornecido com uma estrutura de fixação de parafusos para segurar e fixar firmemente a célula da bateria. A ligação em série e em paralelo entre a célula e a célula é completada pela tecnologia de soldadura por pontos convexa.
Após a ligação, o bateria de lítio está carregada, e a bateria não pode entrar em contacto direto com o cilindro de alumínio. Neste caso, existe um certo espaço entre a folha condutora e a parede interior do cilindro de alumínio. Uma vez que a condutividade térmica do ar é de apenas 0,0242W (/m-K), a condução de calor é seriamente dificultada.
Eventualmente, a acumulação de temperatura da célula e da folha condutora fará com que a bateria inicie a proteção da temperatura e pare o trabalho de fornecimento de energia. Neste esquema, uma folha de silicone condutora térmica é introduzida no espaço entre a folha condutora e o cilindro de alumínio num dos lados da bateria. Para ter em conta a capacidade de fabrico da bateria, o outro lado da bateria é isolado com uma folha de PC.
O conjunto de baterias é instalado na posição definida no cilindro de alumínio e o conjunto de baterias é fixado por parafusos a partir da parte superior do cilindro de alumínio, de modo a que o conjunto de baterias fique bem preso à parte superior do cilindro de alumínio. Deve notar-se aqui que a folha de silicone condutora térmica requer uma certa pré-carga, pelo que a quantidade de compressão da folha de silicone condutora térmica tem de ser considerada aquando da conceção.
Na gama de compressão de silicone, quanto maior for a taxa de compressão, menor será a resistência térmica, melhor será o efeito de condutividade térmica. A folha de silicone condutora térmica pode remover o ar no espaço e reduzir significativamente a resistência térmica de contacto.
Deste modo, tal como para o carga e descarga da bateria de iões de lítioDurante o processo de descarga, o calor gerado pelo núcleo da bateria e pela folha condutora pode ser transferido para o invólucro de alumínio através da folha de silicone térmico, e o calor é dissipado através do corpo do invólucro de alumínio para atingir o objetivo de funcionamento normal da bateria.
Dissipação de calor do adesivo de envasamento por condução de calor
As colas térmicas para encapsulamento dividem-se frequentemente em sistema epóxi e sistema de borracha de silicone orgânico. A dureza do sistema epóxi após a cura é rígida, e a qualidade suave do sistema de borracha de silicone orgânico após a cura é elástica. O sistema de borracha de silicone orgânico divide-se ainda em adesivo de envasamento mecânico de componente único e adesivo de envasamento mecânico de dois componentes.
O adesivo de envasamento de componente único tem um bom desempenho de ligação e uma forte adesão, mas a fluidez correspondente será fraca. O adesivo de encapsulamento de dois componentes tem uma fraca adesão, mas boa fluidez e cura rápida. Tendo em conta as características de eficiência de produção e velocidade de cura, o esquema geral de enchimento da bateria escolhe geralmente o vedante de enchimento mecânico de dois componentes.
A cola de encapsulamento de dois componentes é armazenada separadamente antes do enchimento. Quando utilizados, os dois componentes são total e uniformemente misturados numa determinada proporção no equipamento de enchimento especial e entram na bateria através da porta de enchimento. Após o enchimento, a mistura de cola de enchimento pode ser curada à temperatura ambiente.
A Figura 4 mostra o esquema de dissipação de calor do adesivo de envasamento de condução de calor. Ambos os lados do cilindro de alumínio têm um revestimento facial e um revestimento inferior, o revestimento inferior e o cilindro de alumínio são fixados por parafusos para formar um pré-processamento do cilindro de alumínio, o componente da bateria é montado no pré-processamento do cilindro de alumínio e, em seguida, o componente do revestimento facial é bloqueado com o cilindro de alumínio para formar um produto semi-acabado. O invólucro inferior é fornecido com dois orifícios, um para colagem e outro para ventilação.
A Figura 5 mostra a secção da bateria. A cola térmica de envasamento entra no canal de envasamento através do orifício de envasamento e, em seguida, desvia-se do canal de envasamento para o interior da bateria para preencher o interior da bateria. A célula da bateria e a placa de proteção são envolvidas por cola de enchimento.
Quando a bateria está a funcionar, o calor gerado pela fonte de calor é transferido para o invólucro de alumínio através da cola térmica de envasamento a tempo, de modo a reduzir a temperatura da fonte de calor. Ao mesmo tempo, o esquema de cola térmica de envasamento também pode desempenhar um papel à prova de água na bateria e melhorar o desempenho à prova de água e de humidade dos componentes electrónicos, baterias e peças condutoras.
O adesivo térmico de envasamento tem uma certa elasticidade, que pode reduzir eficazmente os danos causados pelo impacto externo na bateria no teste de fiabilidade da vibração, queda, impacto, etc. da bateria. No entanto, o esquema de dissipação de calor do adesivo térmico de envasamento também tem as desvantagens de um peso relativamente grande, de um custo elevado e de não ser propício à reparação da bateria, pelo que se recomenda que os designers optimizem o design de acordo com a situação real.
Comparação e resumo dos esquemas de dissipação de calor
O esquema de dissipação de calor do dissipador de calor é geralmente combinado com silicone térmico, que é usado para aquecer os componentes electrónicos que são fáceis de aquecer na placa de proteção do circuito da bateria. O custo é mais económico e é a forma mais básica e mais comum de arrefecer a bateria de duas rodas.
O esquema de dissipação de calor do substrato de alumínio é geralmente utilizado em motociclos eléctricos com produtos de grande potência e armazenamento de energia. No domínio das baterias de duas rodas, o cenário de utilização é relativamente simples. Sob as mesmas condições de tamanho de forma, o custo é cerca de 30% superior ao das placas impressas gerais.
O esquema de dissipação de calor da folha de silicone condutora térmica, devido à textura macia da folha de silicone, é fácil de aparar, melhorando consideravelmente a conveniência da utilização da folha de silicone condutora térmica. Ao mesmo tempo que cumpre a função de isolamento, pode ter em conta a condutividade térmica da estrutura e o amortecimento da estrutura. No entanto, a condutividade térmica é ligeiramente inferior à do dissipador de calor.
O esquema de dissipação de calor do adesivo térmico de envasamento tem um bom desempenho de calafetagem e função à prova de água. A condutividade térmica do adesivo de envasamento térmico é geral, a vantagem é que pode envolver totalmente a fonte de calor e a área de contacto com a fonte de calor é a maior.
Por conseguinte, quando a bateria é à prova de água e a célula da bateria tem o requisito de taxa de descarga, é uma boa solução. No entanto, após a embalagem, não é fácil de desmontar e a reparação é mais trabalhosa. O peso da bateria após o encapsulamento é grande, o custo é relativamente alto, se houver uma demanda especial por custo e reparo do produto, é necessário considerar cuidadosamente essa estrutura.
Sorte
Olá, eu sou o Lucky, licenciado por uma universidade bem conhecida na China, agora principalmente envolvido na edição de artigos sobre baterias de lítio para motociclos e a estação de troca de baterias, estou empenhado em oferecer serviços e soluções sobre a estação de troca de baterias para várias indústrias.
Projeto da estrutura de dissipação de calor da bateria de duas rodas
Com o desenvolvimento da sociedade, as actividades sociais são cada vez mais abundantes e a comunicação a curta e média distância é cada vez mais comum.
A forma confortável e cómoda de viajar tem sido respeitada pelas pessoas. Entre eles, as bicicletas eléctricas, os ciclomotores eléctricos, as trotinetas eléctricas e outros veículos de duas rodas são os preferidos das pessoas.
O aumento do número de veículos de duas rodas também gera cada vez mais problemas de segurança, e a maioria dos problemas está relacionada com a dissipação de calor da bateria.
Requisitos de conceção da dissipação de calor para baterias de veículos de duas rodas
A conceção da dissipação de calor do bicicleta eléctrica de duas rodas A bateria deve cumprir os seguintes requisitos:
Conceção da dissipação de calor da bateria de duas rodas
Utilizar aletas de arrefecimento para dissipar o calor
No sector dos veículos de duas rodas indústria das pilhas de lítioA aleta de arrefecimento é geralmente utilizada para aquecer os componentes electrónicos que são fáceis de aquecer na placa de proteção do circuito da bateria, e é geralmente combinada com silicone térmico para completar a dissipação de calor. A figura 1 mostra o esquema de conceção da aleta de arrefecimento.
A placa de circuito impresso é fornecida com orifícios de montagem para parafusos e os pinos são rebitados e pressionados na aleta de arrefecimento pelo fornecedor com antecedência para formar um conjunto de aleta de arrefecimento. O conjunto da aleta de arrefecimento é alinhado com os orifícios de montagem e bloqueado na placa de proteção do componente de aquecimento com parafusos.
Recomenda-se geralmente que se reserve espaço suficiente entre os componentes electrónicos e a aleta de arrefecimento, 0,3 ~ 0,6 mm, o espaço reservado não deve ser demasiado grande, de modo a evitar desperdícios excessivos de custos de colagem, o espaço reservado não deve ser demasiado pequeno, para evitar interferências entre o radiador e os componentes electrónicos, fáceis de danificar os componentes electrónicos. Neste momento, o sistema de transferência de calor é formado entre os componentes electrónicos e a aleta de arrefecimento por gel de sílica térmica.
A aleta de arrefecimento tem a função de dissipar o calor gerado pelo componente de aquecimento para o ar circundante, de modo a que o aumento da temperatura do componente de aquecimento não atinja ou não atinja uma situação fora de controlo devido a sobreaquecimento e mantenha o estado normal de funcionamento da saída.
A aleta de arrefecimento é geralmente feita de liga de alumínio, bronze ou latão em folhas, placas e placas, e a capacidade de dissipação de calor da aleta de arrefecimento está fortemente relacionada com o material, espessura e área da aleta de arrefecimento, e o designer pode fazer os ajustes correspondentes de acordo com a situação real. Esta estrutura é fácil de processar e instalar, o custo é relativamente baixo, é a forma mais comum de dissipação de calor.
Dissipação de calor do substrato de alumínio
O substrato de alumínio é uma placa de circuito impresso feita de alumínio como substrato de camada metálica. Os componentes electrónicos tomam a placa de circuito impresso como suporte, e a ligação e a condução entre os componentes são realizadas através do circuito revestido a cobre na placa de circuito impresso. O substrato tradicional da placa de circuito impresso é o FR-4, que é um isolante de resina epóxi, e o efeito de condução de calor não é muito bom.
O desempenho da transferência de calor da placa de circuito impresso com FR-4 como substrato não conseguiu satisfazer as necessidades de alguns produtos de elevada condutividade térmica, afectando a utilização de placas de circuito impresso em algumas ocasiões específicas.
O aquecimento local na placa de circuito impresso não pode ser evacuado eficazmente, e a acumulação de calor ao longo do tempo é fácil de causar greves e até mesmo falhas de componentes electrónicos, etc., e o surgimento do processo de substrato de alumínio pode resolver o grande problema da dissipação de calor em maior medida.
A figura 2 mostra a estrutura de dissipação de calor do substrato de alumínio. Geralmente, um único painel de substrato de alumínio é composto por uma estrutura de três camadas. A primeira camada é a camada de linha da camada de superfície e os componentes electrónicos podem ser fixados em diferentes pontos da camada de linha através de SMT para realizar a ligação e o controlo do princípio do circuito.
A segunda camada está ligada à camada de isolamento superior e inferior, o seu material é um isolante, a camada de isolamento tem de ter boa condutividade térmica, quanto melhor for a condutividade térmica, mais propícia à dissipação de calor, fácil de espalhar o calor.
A terceira camada é uma base metálica, que dissipa continuamente o calor das duas camadas anteriores. O substrato de alumínio tem melhor desempenho de dissipação de calor e menor resistência térmica, pelo que a PCB de alumínio tem uma vida longa. No domínio das baterias eléctricas para veículos de duas rodas, é geralmente utilizada em bateria para motociclos eléctricos com produtos de grande potência e de armazenamento de energia.
Dissipação de calor da folha de silicone térmica
O esquema de dissipação de calor da folha de silicone termocondutora é também um dos métodos de dissipação de calor mais utilizados. Porque não existe um objeto absolutamente liso. Os planos aparentemente lisos têm diferentes graus de saliências ou depressões ao microscópio eletrónico, o que se designa por rugosidade da superfície do objeto. Quando duas peças estruturais diferentes são montadas juntas, formam-se inúmeros micro-vazios devido à existência de rugosidade da superfície.
A existência de microvazios não é propícia à condução de calor e aumenta a resistência térmica da propagação de calor. Neste momento, pode ser introduzida entre os dois objectos uma folha de silicone termocondutora que pode conduzir o calor.
A folha de silicone condutora térmica recebe uma certa pré-pressão, porque o material de silicone é macio, pode entrar no micro-gap em vários graus, reduzindo consideravelmente a resistência térmica, melhorando a condução de calor entre as partes estruturais e resolvendo eficazmente a condução de calor entre as duas partes estruturais.
Segue-se um caso de conceção de uma folha de silicone condutora de calor. A Figura 3 mostra o esquema de conceção da dissipação de calor da folha de silicone condutora de calor. A célula da bateria é instalada nos orifícios de montagem do suporte de plástico A e do suporte B, e o suporte é fornecido com uma estrutura de fixação de parafusos para segurar e fixar firmemente a célula da bateria. A ligação em série e em paralelo entre a célula e a célula é completada pela tecnologia de soldadura por pontos convexa.
Após a ligação, o bateria de lítio está carregada, e a bateria não pode entrar em contacto direto com o cilindro de alumínio. Neste caso, existe um certo espaço entre a folha condutora e a parede interior do cilindro de alumínio. Uma vez que a condutividade térmica do ar é de apenas 0,0242W (/m-K), a condução de calor é seriamente dificultada.
Eventualmente, a acumulação de temperatura da célula e da folha condutora fará com que a bateria inicie a proteção da temperatura e pare o trabalho de fornecimento de energia. Neste esquema, uma folha de silicone condutora térmica é introduzida no espaço entre a folha condutora e o cilindro de alumínio num dos lados da bateria. Para ter em conta a capacidade de fabrico da bateria, o outro lado da bateria é isolado com uma folha de PC.
O conjunto de baterias é instalado na posição definida no cilindro de alumínio e o conjunto de baterias é fixado por parafusos a partir da parte superior do cilindro de alumínio, de modo a que o conjunto de baterias fique bem preso à parte superior do cilindro de alumínio. Deve notar-se aqui que a folha de silicone condutora térmica requer uma certa pré-carga, pelo que a quantidade de compressão da folha de silicone condutora térmica tem de ser considerada aquando da conceção.
Na gama de compressão de silicone, quanto maior for a taxa de compressão, menor será a resistência térmica, melhor será o efeito de condutividade térmica. A folha de silicone condutora térmica pode remover o ar no espaço e reduzir significativamente a resistência térmica de contacto.
Deste modo, tal como para o carga e descarga da bateria de iões de lítioDurante o processo de descarga, o calor gerado pelo núcleo da bateria e pela folha condutora pode ser transferido para o invólucro de alumínio através da folha de silicone térmico, e o calor é dissipado através do corpo do invólucro de alumínio para atingir o objetivo de funcionamento normal da bateria.
Dissipação de calor do adesivo de envasamento por condução de calor
As colas térmicas para encapsulamento dividem-se frequentemente em sistema epóxi e sistema de borracha de silicone orgânico. A dureza do sistema epóxi após a cura é rígida, e a qualidade suave do sistema de borracha de silicone orgânico após a cura é elástica. O sistema de borracha de silicone orgânico divide-se ainda em adesivo de envasamento mecânico de componente único e adesivo de envasamento mecânico de dois componentes.
O adesivo de envasamento de componente único tem um bom desempenho de ligação e uma forte adesão, mas a fluidez correspondente será fraca. O adesivo de encapsulamento de dois componentes tem uma fraca adesão, mas boa fluidez e cura rápida. Tendo em conta as características de eficiência de produção e velocidade de cura, o esquema geral de enchimento da bateria escolhe geralmente o vedante de enchimento mecânico de dois componentes.
A cola de encapsulamento de dois componentes é armazenada separadamente antes do enchimento. Quando utilizados, os dois componentes são total e uniformemente misturados numa determinada proporção no equipamento de enchimento especial e entram na bateria através da porta de enchimento. Após o enchimento, a mistura de cola de enchimento pode ser curada à temperatura ambiente.
A Figura 4 mostra o esquema de dissipação de calor do adesivo de envasamento de condução de calor. Ambos os lados do cilindro de alumínio têm um revestimento facial e um revestimento inferior, o revestimento inferior e o cilindro de alumínio são fixados por parafusos para formar um pré-processamento do cilindro de alumínio, o componente da bateria é montado no pré-processamento do cilindro de alumínio e, em seguida, o componente do revestimento facial é bloqueado com o cilindro de alumínio para formar um produto semi-acabado. O invólucro inferior é fornecido com dois orifícios, um para colagem e outro para ventilação.
A Figura 5 mostra a secção da bateria. A cola térmica de envasamento entra no canal de envasamento através do orifício de envasamento e, em seguida, desvia-se do canal de envasamento para o interior da bateria para preencher o interior da bateria. A célula da bateria e a placa de proteção são envolvidas por cola de enchimento.
Quando a bateria está a funcionar, o calor gerado pela fonte de calor é transferido para o invólucro de alumínio através da cola térmica de envasamento a tempo, de modo a reduzir a temperatura da fonte de calor. Ao mesmo tempo, o esquema de cola térmica de envasamento também pode desempenhar um papel à prova de água na bateria e melhorar o desempenho à prova de água e de humidade dos componentes electrónicos, baterias e peças condutoras.
O adesivo térmico de envasamento tem uma certa elasticidade, que pode reduzir eficazmente os danos causados pelo impacto externo na bateria no teste de fiabilidade da vibração, queda, impacto, etc. da bateria. No entanto, o esquema de dissipação de calor do adesivo térmico de envasamento também tem as desvantagens de um peso relativamente grande, de um custo elevado e de não ser propício à reparação da bateria, pelo que se recomenda que os designers optimizem o design de acordo com a situação real.
Comparação e resumo dos esquemas de dissipação de calor
Por conseguinte, quando a bateria é à prova de água e a célula da bateria tem o requisito de taxa de descarga, é uma boa solução. No entanto, após a embalagem, não é fácil de desmontar e a reparação é mais trabalhosa. O peso da bateria após o encapsulamento é grande, o custo é relativamente alto, se houver uma demanda especial por custo e reparo do produto, é necessário considerar cuidadosamente essa estrutura.