Montagematerialien in Batteriemodulen für Design und Sicherheit
In diesem Beitrag finden Sie alles, rund um die Batteriemodul-Montage mit Produkten aus dem Sortiment DOWSIL™.
Lückenfüller für das effiziente Wärmemanagement von Batterien
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 Formen im komprimierten Zustand aus (Streuverhalten)
- Geringe Volatilitäten <100-300ppm
- (Allgemein) elektrisch isolierend
- (Allgemein) Wiederlösbarkeit für Reparatur/Recycling
Modellbeispiel für thermische Spannungen
- Ziel: Verständnis für den Einfluss der Wärmeleitfähigkeit von Lückenfüllern auf die Wärme- und Spannungsfelder in einem Batteriemodul während des normalen Betriebs
- Herangehensweise: Sequentiell gekoppelte Wärme-Spannungsanalyse 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 Lückenfüllerplatte und die Unterseite der unteren Lückenfüllerplatte waren eingespannt.
- Modell des Lückenfüllermaterials: hyperelastisch
Wärmeleitfähigkeit des Lückenfüllers
Die Wärmeleitfähigkeit des Lückenfüllers beeinflusst die Temperaturverteilung.
Höhere Wärmeleitfähigkeit, niedrigere Maximaltemperatur und Delta T
Das thermische Modell schlägt die Verwendung von Lückenfüllern mit höherer Wärmeleitfähigkeit vor:
- Die Spitzentemperatur reduzieren - das thermische Ausfallrisiko verringern
- Halten die Batterie im optimalen Arbeitstemperaturbereich
- Erhöhung der Batterieleistung z. B. Lade-/Entladerate, Reichweite
- Deutlich verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit
Niedrigeres Delta T, geringere Wärmeausdehnung
Thermische Beanspruchung
Thermische Beanspruchung führt zu mechanischer Beanspruchung/Spannung in der Batterie.
Zugentlastung in der Isolationsplatte
Gleichmäßigere Temperatur, geringere Dehnung und Spannung, höhere Zuverlässigkeit
Reduzierte Belastung bei Batteriezellen
Zusammenfassung der Spannungsanalyse
Das Modell weist darauf hin, dass bei der Verwendung von Lückenfüllern mit einer höheren 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 Lückenfüllern mit höherer Wärmeleitfähigkeit nahe
Die integrierte Modellierung 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
- Modelle für kundenspezifische Designkonfigurationen
Übersicht wärmeleitfähiger DOWSIL™ Materialien
Wärmeleitfähige DOWSIL™ Lückenfüller (Gap Filler) im Onlineshop
Hier eine kleine Auswahl an DOWSIL™ Produkten. In unserem Onlineshop können sie alle verfügbaren Kleb- und Dichtstoffe von Dow Chemical kaufen.
Ihr Ansprechpartner
Bei technischen Fragen zu wärmeleitfähigen DOWSIL™ Produkten wenden Sie sich gerne an:
Philipp Dengel
Technischer Berater / Labor
