Materialien für die Montage von Batteriemodulen

Montage von Batteriemodulen-Baugruppenmaeterialien - für Design und Sicherheit

In diesem Beitrag finden Sie alles, rund um die Batteriemodul-Montage mit Produkten aus dem Sortiment Dowsil.

Gap Filler für das effiziente Wärmemanagement

• Batteriemodule erfordern weiche und komprimierbare Materialien, um Wärme abzuleiten und mechanische Belastungen abzubauen
• Typische Anforderungen: 
  • Wärmeleitend: 1-5W/m-K
  • Schwingungsdämpfung: Material muss flexibel bleiben
  • Nicht brennbar
  • Nicht fließfähig, aber füllt komplexe Geometrien im komprimierten Zustand aus (Streuverhalten)
  • Geringe Volatilitäten <100-300ppm
  • (Allgemein) elektrisch isolierend
  • (Allgemein) Wiederlösbarkeit für Reparatur/Recycling

Beispiel für thermischen Spannungen

• Ziel: Verständnis für den Einfluss der Wärmeleitfähigkeit von Gap Fillern auf die Wärme- und Spannungsfelder in einem Batteriemodul während des normalen Betriebs
• Annäherung: Sequentiell gekoppelte Thermospannungsanalyse eines repräsentativen Modells

Beispiel für ein thermisches Modell

• Ausgangstemperatur der Wärmeübertragung im stationären Zustand: 24 ºC.
• Thermische Lasten volumetrische Wärmeerzeugungsrate: 9.560,5 W/m³
• Randbedingungen:
  • Erzwungener Flüssigkeitskühlkanal: Koeffizient 30W/m²K
  • Freiliegende Flächen: Konvektiver Wärmeübertragungskoeffizient von 4 W/m²K
  • Filmtemperatur: 24°C

Beispiel für ein Belastungsmodell

• Belastungen: ungleichmäßiges Temperaturfeld aus der thermischen Modellanalyse
• Randbedingungen: Die Oberseite der oberen Gap Filler Platte und die Unterseite der unteren Gap Filler Platte waren eingespannt.
• Gapfillermaterial-Modell: hyperelastisch

Wärmeleitfähigkeit Gap Filler

Die Wärmeleitfähigkeit des Gap Fillers beeinflusst die Temperaturverteilung.

Höhere Wärmeleitfähigkeit, niedrigerer Tmax und Delta T

Das thermische Modell schlägt die Verwendung von Gap Fillern mit höherer Wärmeleitfähigkeit vor:

• Die Spitzentemperatur reduzieren - das thermische Ausfallrisiko verringern
• Halten Sie die Batterie im optimalen Arbeitstemperaturbereich
• Erhöhung der Batterieleistung (z.B. Lade-/Entladerate, Fahrbereich)
• Deutlich verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit

Wärmeausdehnung

Geringeres ∆T, geringere Wärmeausdehnung.

Thermische Dehnung

Thermische Dehnung führt zu mechanischer Dehnung/Spannung in der Batterie.

Zugentlastung in der Isolationsplatte

Gleichmäßigere Temperatur, geringere Dehnung und Spannung, höhere Zuverlässigkeit.

Stressreduzierung

Stressreduzierung bei Batteriezellen.

Zusammenfassung der Spannungsanalyse

Das Modell weißt darauf hin, dass bei der Verwendung von Gap Fillern mit einer höherer Wärmeleitfähigkeit:

• eine geringere Spannungsamplitude und -konzentration vorliegt
• ein vorzeitiges Materialversagen minimiert wird
• eine verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit des Moduls vorliegt

Schlussfolgerungen

• Ein Wärmebelastungsmodell wurde erstellt, um einen Einblick in die Wärme- und Spannungsfelder während des normalen Batteriebetriebs zu erhalten.
• Das Modell legt mehrere Vorteile von Gap Fillern mit höherer Wärmeleitfähigkeit nahe
• Die integrierte Montage ermöglicht:
  • Materialauswahl und -entwicklung auf der Grundlage von Kundenanforderungen
  • Optimierung der Systemleistung und des Herstellungsprozesses
  • Reduzierung der Produktentwicklungszyklen
• Zukünftige Anforderungen
  • Konstruktion zur Berücksichtigung des thermischen Grenzflächenwiderstandes verbessern
  • Kundenspezifische Designkonfigurationen konstruieren

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Übersicht von wärmeleitfähigen Materialien.