배터리 열 패드 선택: EV 배터리 열 관리의 주요 기준

배터리 팩을 조립할 때 각형 또는 파우치 셀과 냉각판 사이의 간격은 결코 완벽하게 균일하지 않습니다. 배터리 열 패드가 그 틈에 있습니다. 열을 전도하고 치수 변화를 흡수하며 압축, 진동 및 열 순환을 견뎌야 합니다. 실질적인 결론은 간단합니다. 데이터시트 열전도율만으로 패드를 선택하지 마십시오. 실제 선택은 팩의 인터페이스 허용 오차와 작동 압력에서의 열 저항으로 시작됩니다.

이 기사에서는 배터리 열 패드의 기능, 현장에서의 성능을 결정하는 매개변수, Goode의 Thermex 셀 레벨 패드가 이러한 현실을 중심으로 어떻게 설계되었는지 설명합니다.

배터리 열 패드의 실제 기능

A 배터리 열 패드 발열 셀과 냉각 구조 또는 팩 하우징 사이에 위치하는 간격을 채우는 층입니다. 주요 임무는 셀에 열을 가두는 접촉 저항을 줄이는 것입니다. 실제로 패드는 고르지 않은 표면, 기계적 부하 및 온도 변화도 처리해야 합니다. 패드는 인터페이스 디자인에 따라 부품을 지지할 만큼 충분히 부드러울 수도 있고, 단단할 수도 있습니다.

일부 패드는 열 전도에 최적화되어 있는 반면 다른 패드는 열 폭주 시 열 전파를 지연시키도록 설계되었습니다. 이러한 이중 역할 때문에 동일한 제품군에 고전도성 솔루션과 절연성이 높은 솔루션이 모두 포함될 수 있습니다. 아래 표에는 EV 팩용 패드를 평가할 때 중요한 매개변수가 나열되어 있습니다.

생산 프로그램에서 이러한 매개변수는 별도로 평가되지 않습니다. 패드는 셀 냉각 표면, 모듈 프레임 및 팩 인클로저를 포함하는 시스템의 일부입니다. 셀 유형이나 액체 냉각판 설계가 변경되면 패드의 압축 및 열 성능을 재평가해야 할 수도 있습니다.

EV 배터리 방열패드 선택 기준

인터페이스 공차로 시작

셀 높이 공차, 냉각판 편평도 및 조립 순서에 따라 패드가 제공해야 하는 편향 정도가 결정됩니다. 패드가 너무 얇으면 틈을 메울 수 없습니다. 너무 부드러우면 사이클링 후 바닥에 닿거나 접촉이 끊어질 수 있습니다. 많은 인터페이스의 경우 부드러운 폼 층과 에어로겔 코어 및 PET 필름을 결합한 패드는 균형 잡힌 압축 범위를 제공합니다. Goode의 GA100 배터리 열 패드는 이 구조를 중심으로 제작되었습니다.

PU 폼, 에어로겔 및 PET 필름이 포함된 GA100 배터리 열 패드 PU 폼, 에어로겔, PET 필름을 결합하여 균형 잡힌 압축과 단열을 제공하는 패드입니다. 이 구조는 셀과 냉각판 사이의 안정적인 접촉을 보장하여 EV 배터리 팩의 간격 허용 오차 및 압축 영구 변형 문제를 해결합니다. 제품보기 →

패드가 틈을 채우는 동안 팩 설계자는 패드가 세포에 얼마나 많은 힘을 가하는지 알아야 합니다. 너무 많은 힘을 가하면 하우징이 변형될 수 있습니다. 압력이 너무 적으면 저항이 높은 경로가 생성됩니다. 제어된 압축 세트가 있는 패드는 팩의 수명 동안 인터페이스가 안정적으로 유지되도록 돕습니다.

조립 공차도 비용 문제입니다. 냉각판의 공차가 엄격하면 패드 선택이 단순화될 수 있지만 가공 또는 포장 비용이 추가됩니다. 규격 패드는 더 넓은 허용 범위를 수용할 수 있어 열 성능을 저하시키지 않고 전반적인 비용 엔지니어링 균형을 향상시키는 경우가 많습니다.

열전도율은 열 임피던스가 아닙니다.

데이터시트는 일반적으로 열 전도성을 장려하지만 팩의 패드는 평평하고 완벽한 접촉으로 작동하는 경우가 거의 없습니다. 열 임피던스에는 패드와 각 표면 사이의 인터페이스 저항이 포함되며 이는 압력, 평탄도 및 패드 경도에 따라 달라집니다. 전도성은 높지만 순응성이 낮은 재료는 전도성이 낮은 부드러운 재료보다 성능이 나쁠 수 있습니다. 이것이 바로 대표 모듈 내부의 제품 수준 테스트가 전도도 수치만 비교하는 것보다 더 유용한 이유입니다.

테스트 결과를 검토할 때 제안된 압축 비율과 실제 냉각판과 유사한 표면에서 측정이 이루어졌는지 물어보십시오. 단단하고 매끄러운 테스트 플레이트에서 인상적으로 보이는 패드는 소용돌이 패턴이나 고르지 못한 간격이 있는 스탬프 알루미늄 플레이트에 대해 압축될 때 다르게 작동할 수 있습니다.

전기 절연 및 절연 강도

많은 EV 팩 설계에서 열 패드는 셀과 금속 냉각 하드웨어 사이에도 위치합니다. 이는 절연 강도를 단순한 재료 특성이 아닌 안전 매개변수로 만듭니다. 강화 필름이 있는 패드는 열을 계속 통과시키면서 일관된 절연 경계를 제공할 수 있습니다. Goode의 GA200 배터리 열 패드는 PET 필름이 있는 나노 실리콘 프레임을 사용하여 프레임이 있고 부분적으로 압축된 인터페이스에서 이러한 절연 역할을 지원합니다.

나노 실리콘 프레임과 PET 필름이 포함된 GA200 배터리 열 패드 나노 실리콘 프레임과 PET 필름이 특징인 이 패드는 유전 강도와 기계적 쿠셔닝을 제공합니다. 이는 셀과 금속 하드웨어 사이의 인터페이스에 대한 일관된 절연 및 지원을 제공하여 열 관리를 돕습니다. 제품보기 →

신뢰성 테스트에는 노화 및 열 순환도 포함되어야 합니다. 시간이 지남에 따라 두께가 얇아지거나 단단해지는 패드는 열 저항을 증가시켜 결국 핫스팟을 생성하게 됩니다. 압축 영구 변형 및 쇼어 경도 값은 유용한 출발점이지만 생산 프로그램에서 사용되는 특정 셀 및 냉각판 재료로 검증해야 합니다.

공급업체 평가에서 확인해야 할 사항

조달의 경우 열 패드는 상품이 아닌 엔지니어링 구성 요소입니다. 첫 번째 단계는 공급업체가 배치 전반에 걸쳐 일관된 두께와 경도를 제공할 수 있는지 확인하는 것입니다. 두 번째는 열 노화 및 부하 사이클링 후 패드의 반응을 확인하는 것입니다. 왜냐하면 대부분의 현장 고장이 나타나는 곳이기 때문입니다. Ecovadis 또는 책임 있는 광물 이니셔티브의 구조화된 데이터를 공유할 수 있는 공급업체는 재료의 관리 연속성에 대해 더 많은 확신을 줄 수도 있지만 물리적 검증은 여전히 ​​결정적인 요소입니다.

• 직접 선택한 샘플뿐만 아니라 여러 생산 로트에서 샘플을 요청하세요.
• 압축 테스트 전후에 패드의 높이와 경도를 측정합니다.
• 실제 셀과 냉각판 형상을 사용하여 패드의 기능 테스트를 수행합니다.
• 팩 아키텍처에서 요구하는 경우 열 폭주 시뮬레이션에서 패드가 어떻게 작동하는지 검토하십시오.

이러한 점검을 통해 실험실에서는 작동하지만 연속 생산 중에 실패 모드가 발생하는 재료를 선택할 위험이 줄어듭니다.

Goode의 Thermex 배터리 패드가 열 관리를 해결하는 방법

세포 수준 패드

셀 수준에서 열 패드는 셀의 기하학적 구조와 주변 구조를 존중해야 합니다. 또한 열 이벤트가 발생할 경우 높은 온도에 가까운 온도를 견뎌야 할 수도 있습니다. Goode의 Thermex 셀 보호 라인에는 이러한 목적을 위해 다양한 재료 시스템을 결합한 패드가 포함되어 있습니다. 예를 들어, 실리콘 프레임과 에어로겔 코어는 필요한 방향으로의 열 전달을 제한하면서 구조적 탄력성을 추가할 수 있습니다. Goode의 GA310 배터리 열 패드는 이러한 구성의 한 예입니다.

실리콘 프레임과 에어로젤 코어가 포함된 GA310 배터리 열 패드 이 패드는 실리콘 프레임과 에어로겔 코어를 사용하여 고온 단열성과 구조적 탄력성을 결합합니다. 이는 까다로운 배터리 애플리케이션에서 셀 간 보호에 적합한 안정적인 열 조건과 쿠션을 유지하는 데 도움이 됩니다. 제품보기 →

폼 기반 구조와 실리콘 기반 구조 중에서 선택하는 것은 팩 조립 방법과 패드가 보호해야 하는 대상에 따라 달라집니다. 독립 셀 폼 레이어가 있는 패드는 낮은 압력에서 더 나은 순응성을 제공할 수 있는 반면, 실리콘 프레임 패드는 고전단 하중을 처리하는 셀 팩에 더 나은 치수 안정성을 제공할 수 있습니다.

모듈 및 팩 수준 보호

열 전략은 셀에서 끝나지 않습니다. 엔드 플레이트 및 릴리스 플레이트와 같은 모듈 수준 요소는 열 이벤트 중에 열이 이동할 수 있는 위치를 제어합니다. 팩 수준 보호에는 하우징 바닥과 측벽 단열재는 물론 액체 냉각판 인터페이스도 포함됩니다. 이러한 인접 레이어를 고려하지 않고 열 패드를 선택하면 팩 성능에 영향을 미칠 만큼 충분한 열 축적이 발생할 수 있지만, 현실적인 인터페이스 동작을 갖춘 패드를 선택하면 전체 전기 및 열 체인을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Goode의 Thermex 모듈 및 팩 보호 라인은 셀 레벨 패드와 동일한 시스템 환경에서 작동하도록 설계되었습니다. 단열재, 구조 구성 요소 및 열 패드의 결합된 스택은 정상적인 작동 조건과 열 폭주 시나리오에서 팩의 성능을 결정합니다.

배터리 열 패드 선택은 간격에서 시작하여 검증으로 끝납니다. 가장 중요한 결정은 인터페이스 허용 오차, 작동 압력에서의 열 임피던스, 압축 세트, 유전 강도 및 작동 온도 범위입니다. 이는 독립적인 값이 아닙니다. 이는 셀 형상, 냉각판 마감 및 조립력과 상호 작용합니다. 데이터시트에서는 괜찮아 보이는 패드가 경도와 간격 크기의 불일치로 인해 팩에 들어있지 않을 수 있습니다.

Goode의 Thermex 배터리 셀 보호 제품은 PU 폼과 에어로젤 조합부터 실리콘 프레임 구조까지 다양한 재료 경로를 제공합니다. 올바른 선택은 실제 형상에서 테스트된 것입니다. EV 배터리 열 관리에 대한 더 넓은 관점을 보려면 EV 배터리 열 설계의 효율성 및 안전성 극대화에 대한 가이드를 참조하세요.