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Modelado de materiales para el ensamblado de módulos de baterías

Tabla de contenidos

Modelado para el ensamblado de módulos de baterías

A través de este artículo descubriremos todo lo relacionado con los materiales DowSil para el ensamblado de módulos de baterías y sus características.

Gap fillers para gestión térmica de la batería

Los módulos de batería requieren materiales blandos y compresibles que sean conductores térmicos para así poder disipar el calor y aliviar el estrés mecánico.

Estos son los requerimientos típicos:

  • Térmicamente conductor: 1-5W / m · K
  • Amortiguación de vibraciones: el material debe permanecer flexible
  • No inflamable
  • No fluido, pero llena geometrías complejas cuando se comprime (comportamiento de dispersión)
  • Bajos volátiles <100-300ppm
  • Generalmente eléctricamente aislante
  • Adhesión removible para reparación o reciclaje

Ejemplo de modelado de estrés térmico

  • Objetivo: comprender el impacto de la conductividad térmica de los gap fillers térmicamente conductores en los campos térmicos y de tensión en un módulo de batería durante las operaciones normales de la batería.
  • Enfoque: análisis de estrés térmico acoplado secuencialmente de un modelo representativo.

Ejemplo de modelo térmico    

Temperatura inicial de transferencia de calor en estado estacionario: 24 ºC.

Tasa de generación de calor volumétrico de cargas térmicas: 9,560.5 W / m³.

Parámetros fijos:

  • Canal de refrigeración líquida forzada: coeficiente 30W / m²K.
  • Superficies expuestas: coeficiente de transferencia de calor por convección de 4 W / m²K.
  • Temperatura de la película: 24 ° C.  

Ejemplo de modelo de estrés  

  • Cargas: campo de temperatura no uniforme del análisis del modelo térmico.
  • Condiciones de contorno: la superficie superior del panel del gap filler y la superficie inferior del gap filler estaban fijas.
  • Modelo de material del gap filler: hiperelástico.

La conductividad térmica de los gap fillers afecta la distribución de temperatura  

Mayor conductividad térmica, menor T? y ∆T

El modelo térmico sugiere que el uso de gap fillers con mayor conductividad térmica puede:

  • Reducir la temperatura máxima: menor calor disipado.
  • Mantener la batería funcionando en un rango de temperatura de trabajo óptimo.
  • Aumentar el rendimiento de la batería (por ejemplo, velocidad de carga / descarga, rango de conducción).
  • Mejorar significativamente la uniformidad de temperatura.

Menor T, menor expansión térmica  

La tensión térmica conduce a la tensión mecánica / tensión en la batería  

Reducción de tensión en la almohadilla aislante

Temperatura más uniforme, menor esfuerzo y tensión, mayor fiabilidad.

Reducción del estrés en la celda de la batería   

Resumen del análisis de estrés

El modelo sugiere que el uso de gap fillers con mayor conductividad térmica puede:

  • Conseguir una menor amplitud de tensión y concentración.
  • Minimizar el fallo prematuro del material.
  • Mejorar la seguridad y la fiabilidad.

Conclusiones

  • Se desarrolló un modelo de estrés térmico para obtener información sobre los campos térmico y de estrés durante las operaciones normales de la batería.
  • El modelo sugiere múltiples beneficios de los gap fillers con mayor conductividad térmica. 
  • El modelado integrado permite:
    • Selección y desarrollo de materiales según los requisitos del cliente.
    • Optimización del rendimiento del sistema y el proceso de fabricación.
    • Reducción de los ciclos de desarrollo de productos.
  • Trabajo futuro:
    • Mejora el modelo para tener en cuenta la resistencia térmica interfacial.
    • Modelar configuraciones de diseño específicas del cliente.

Portfolio de materiales térmicamente conductores

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