Прогрес у термоклеях: покращення продуктивності з’єднань елементів акумулятора з корпусом та з лентою для електромобілів
Ключем до прогресу у створенні акумуляторних пакетів з високою енергійною щільністю на основі літієво-іонних елементів є ефективне керування теплом, яке утворюється під час циклів заряджання та розряджання. Тепло часто контролюється шляхом підключення елементів або модулів акумулятора до пластини для охолодження або до самого пакета за допомогою теплопровідних матеріалів (заповнювачів щілин чи клеїв). Зазвичай це двокомпонентні полімерні смоли з керамічними наповнювачами, які сприяють теплопровідності шляхом витіснення повітря не лише з мікроскопічних поверхонь, а й із великих щілин.
Архітектура акумуляторних пакетів електромобілів визначається формою елементів: пакетні, циліндричні та призматичні. Тип елемента є основним фактором, який впливає на проектування модулів/пакетів та вибір матеріалів для керування теплом.
Коміркові та циліндричні елементи зазвичай складаються у модулі, а ці модулі поєднуються між собою у пакети. Коміркові елементи потребують такої конструкції через відсутність структурної жорсткості, тоді як циліндричні елементи потребують її через велику кількість елементів (>1000). Раніше призматичні елементи оброблялися аналогічним чином, але з появою архітектури від елемента до пакета/плати модулі більше не є необхідними.
Загалом стоси коміркових елементів формують у модулі трьома способами: зазвичай за допомогою термоадгезіїв або наповнювачів щілин, після чого вони або охолоджуються у звичайних умовах, або поміщаються у контакт із системою охолодження:
Вставляються у корпус без використання адгезій чи засобів керування теплом
Вставляються у корпус із термоадгезіями
Складаються у шари з алюмінієвим розподільником тепла між кожним елементом, з використанням чи без використання теплових матеріалів
Конструкції циліндричних сонячних елементів поділяються на три категорії перед тим, як їх вставляють у пакет та під’єднують до системи охолодження:
Вставляють у пластикові кронштейни за допомогою зазорного прилягання або структурних клеїв
Бічні поверхні склеюють з охолоджувальною смугою за допомогою термічних клеїв
Вони розміщуються у формувальній структурі, а потім дно елементів склеюється з корпусом або пластиною охолодження за допомогою термічного клею
Призматичні сонячні елементи використовуються для створення модулів або пакетів (модулі вставляються у пакет), зазвичай за допомогою термічного клею або наповнювача зазорів:
Модулі створюються шляхом групування елементів у стопку, а потім їх вставляють у корпус модуля або на пластину охолодження, використовуючи термічні клеї або наповнювачі зазорів
Пакети створюються безпосередньо шляхом склеювання великогабаритних елементів (довжиною близько 1 м) безпосередньо до нижньої пластини за допомогою термічних клеїв або наповнювачів зазорів
Можливості та виклики
Для кожного форм-фактора існує багато можливостей та викликів у сфері дизайну та виробництва.
Виклики, пов’язані з кутиковими акумуляторами, включають:
Мінімальна структурна жорсткість, що вимагає додаткового корпусу
Використання плівок з поліетилену з низькою поверхневою енергією як найзовнішнього шару фольгованої упаковки, що обмежує кінцеву міцність конструкцій, заснованих на клею
Мінімальна площа поверхні для відведення тепла при складуванні без елементів для розсіювання тепла (тобто охолодження по краях)
Виклики, пов’язані з циліндричними акумуляторами, включають:
Менший розмір акумулятора, що вимагає використання багатьох акумуляторів для досягнення необхідної автономності транспортного засобу
Велика кількість акумуляторів, що вимагає точного розташування для забезпечення правильної підготовки до подальших процесів
Високі вимоги до механічних кріплень
Поверхні з нікелевим покриттям, які можуть ускладнювати процес з’єднання
Акумулятор може функціонувати, якщо не використовуватися ПВХ-чохли
Серед проблем, пов’язаних із призматичними елементами, є:
Вища площа поверхні окремого елемента порівняно з циліндричними чи кишеневими елементами, що спричиняє проблеми з толерантністю як у самого елемента, так і у плати/упаковки для охолодження
Використання плівок чи стрічок з низькою енергією поверхні для діелектричного захисту, що обмежує кінцеву міцність конструкцій, заснованих на клеях
Потреба у більшій гнучкості через більшу площу, що призводить до необхідності більшої кількості шарів та підвищеного напруження внаслідок теплового розширення
Багато з цих проблем можна подолати за допомогою матеріалів для заповнення теплових щілин чи термоадгезивів
Спочатку у пристроях для акумуляторів електромобілів використовувалося невелика кількість високоспеціалізованих формулатів. Сьогодні системи акумуляторів електромобілів можуть користуватися ширшим асортиментом теплопровідних матеріалів, які все ще розробляються спеціально під вимоги акумуляторних пристроїв, але пропонують більш широкий діапазон характеристик та можливостей обробки.
У компанії Parker Lord розмежування між заповнювачами щілин та клеями ґрунтується на міцності. Заповнювачі щілин зазвичай мають силю зсуву нижче 7 МПа (1015 фунт/кв. дюйм), тоді як клеї, як правило, значно перевищують цей показник.
Теплові клеї, розроблені для виробництва акумуляторів електромобілів
Термоізоляційний конструктивний клей CoolTherm TC-2002 від Parker Lord став першим комерційним продуктом у цій категорії. Його висока міцність та теплопровідність, у поєднанні з можливістю склеювати сталь, покриту нікелем, з алюмінієм із порошковим покриттям, а також здатність висихати при кімнатній температурі за відносно короткий час, забезпечили значну свободу у проектуванні циліндричних модулів акумуляторів.
У міру впровадження нових конструкцій з’єднання елементів акумулятора та їх кріплення до корпусу в силових установках електромобілів роль термічних клеїв стає все більш важливою. Існує зростаюча потреба у інноваційних термічних клеях, які ефективно склеюватимуть елементи акумулятора з компонентами корпусу, водночас долаючи проблеми з продуктивністю та виробництвом.
Основні покращення в акрилових та уретанових термічних клеях включають:
Можливість налаштування міцності з’єднання для конструктивних або модифікованих рішень корпусу.
Підвищена ступінь розтягування для кращої довговічності
Адаптовані швидкості висихання
Методи, що сприяють виробництву великими обсягами.
Найновішим продуктом від Parker Lord є термоопірний акриловий клей CoolTherm TC-850, який ґрунтується на можливостях CoolTherm TC-2002. Завдяки останнім інноваціям у сфері конструкційних клеїв досягнуто у чотири рази більшої ступеня розтягування, а також підвищеної адгезії до пластиків та покриттів.
Одне зауваження щодо товщини з’єднувальної лінії – загалом клеї забезпечують вищий рівень міцності при меншій товщині з’єднувальної лінії. Стандартна товщина становить 250 мкм, але коли критично важливо зменшити тепловий опір, менша товщина завжди краща. Для цих продуктів ідеальною виявилась товщина 100 мкм. Ця товщина забезпечує достатню міцність при розриві, зменшує використання матеріалу та знижує необхідну теплопровідність.
Нижче наведено ілюстрацію, яка демонструє, що матеріал з теплопровідністю 0,5 Вт/м·К та товщиною з’єднувальної лінії 100 мкм має нижчий тепловий опір порівняно з матеріалом з теплопровідністю 1 Вт/м·К та товщиною з’єднувальної лінії 250 мкм.
Підсумок
Підсумовуючи, вибір термоадгезиву, який відповідає конкретним розробкам та вимогам до батарейних пакетів, надасть проектувальникам батарейних пакетів та інженерам з матеріалів знання для оптимізації їх продуктивності, надійності та економічної ефективності.
Parker Lord має великий досвід та знання, які допоможуть вам у проектуванні акумуляторів для електромобілів. Якщо ви хочете зв’язатися з одним із їхніх інженерів з застосування, щоб розпочати роботу, зверніться до нас сьогодні.
Створити обліковий запис. Вже зареєстровані? Увійти
Віртуальна конференція з інженерії електромобілів: вхід безкоштовний
Не пропустіть нашу наступну віртуальну конференцію 14–17 вересня 2026 року.
Зареєструйтесь на безкоштовні вебінари нижче, щоб забронювати своє місце та переглянути їх у прямому ефірі або за потреби.
Завантажити більше сеансів