バッテリーサーマルパッドの選択: EVバッテリーの熱管理の重要な基準

バッテリーパックを組み立てるとき、角形またはパウチセルと冷却プレートの間の隙間は完全に均一になることはありません。バッテリーのサーマルパッドがその隙間に収まります。熱を伝導し、寸法変化を吸収し、圧縮、振動、熱サイクルに耐える必要があります。実際的な結論は簡単です。データシートの熱伝導率だけでパッドを選択しないでください。実際の選択は、パックの界面公差と使用圧力での熱抵抗から始まります。

この記事では、バッテリーサーマルパッドの機能、現場で機能するかどうかを決定するパラメータ、およびGoodeのThermexセルレベルパッドがこれらの現実に基づいてどのように設計されているかについて説明します。

バッテリーサーマルパッドの実際の機能

A バッテリーサーマルパッド 発熱セルと冷却構造またはパックハウジングの間に配置されるギャップ充填層です。その主な役割は、セル内に熱が閉じ込められる可能性がある接触抵抗を減らすことです。実際には、パッドは凹凸のある表面、機械的負荷、温度変化にも対処する必要があります。パッドは、インターフェイスの設計に応じて、コンポーネントに適合するのに十分な柔らかさ、またはコンポーネントをサポートするのに十分な硬さの場合があります。

熱伝導を最適化したパッドもあれば、熱暴走時の熱伝播を遅らせるように設計されたパッドもあります。この二重の役割により、同じ製品ファミリーに高導電性ソリューションと絶縁性を重視したソリューションの両方を含めることができます。以下の表は、EV パックのパッドを評価する際に重要なパラメータを示しています。

運用プログラムでは、これらのパラメータは単独では評価されません。パッドは、セル冷却面、モジュール フレーム、パック エンクロージャを含むシステムの一部です。セルの種類や液冷プレートの設計が変更されると、パッドの圧縮性能と熱性能の再評価が必要になる場合があります。

EVバッテリーサーマルパッドの選択基準

界面公差から始める

セルの高さの公差、冷却プレートの平坦度、および組み立て順序によって、パッドがどの程度のたわみを提供する必要があるかが決まります。パッドが薄すぎると、隙間を埋めることができません。柔らかすぎると、サイクリング後に底付きしたり接触を失ったりする可能性があります。多くのインターフェースでは、柔らかいフォーム層とエアロゲル コアおよび PET フィルムを組み合わせたパッドが、バランスの取れた圧縮範囲を提供します。 Goode の GA100 バッテリー サーマル パッドは、この構造を中心に構築されています。

PU フォーム、エアロゲル、PET フィルムを使用した GA100 バッテリー サーマル パッド このパッドは PU フォーム、エアロゲル、PET フィルムを組み合わせて、バランスの取れた圧縮と断熱を提供します。その構造により、セルと冷却プレート間の安定した接触が確保され、EV バッテリー パックのギャップ許容差と圧縮永久歪みの問題に対処できます。 製品を見る→

パッドが隙間を埋める一方で、パックの設計者はパッドがセルにどの程度の力を及ぼすかを知る必要もあります。力が強すぎるとハウジングが歪む可能性があります。圧力が小さすぎると、抵抗の高い経路が残ります。圧縮永久歪みが制御されたパッドにより、パックの寿命にわたってインターフェースが安定した状態を維持できます。

組み立て公差もコストの問題です。冷却プレートの公差が厳しいとパッドの選択が簡単になる可能性がありますが、機械加工やパッケージングのコストが増加します。準拠したパッドはより広い許容範囲を受け入れることができるため、多くの場合、熱性能を犠牲にすることなく全体的なコストエンジニアリングのバランスが改善されます。

熱伝導率は熱インピーダンスではありません

通常、データシートでは熱伝導率が推奨されていますが、パック内のパッドが平らで完全な接触で動作することはほとんどありません。熱インピーダンスには、パッドと各表面の間の界面抵抗が含まれます。これは、圧力、平坦度、パッドの硬さに依存します。導電性は高いが適合性が低い材料は、導電性が低い柔らかい材料よりも性能が劣る可能性があります。そのため、代表的なモジュール内の製品レベルのテストは、導電率の数値だけを比較するよりも有用です。

テスト結果を検討するときは、提案された圧縮率で、実際の冷却プレートと同様の表面で測定が行われたかどうかを確認してください。硬くて滑らかなテストプレート上では印象的に見えるパッドでも、渦巻き模様や不均一なギャップのある打ち抜きアルミニウムプレートに押し付けると、異なる動作をする可能性があります。

電気絶縁性と絶縁耐力

多くの EV パック設計では、サーマル パッドもセルと金属冷却ハードウェアの間に配置されます。そのため、絶縁耐力は単なる材料特性ではなく、安全性パラメータになります。強化フィルムを備えたパッドは、熱を通過させながら一貫した断熱境界を提供できます。 Goode の GA200 バッテリー サーマル パッドは、PET フィルムを備えたナノ シリコーン フレームを使用して、フレーム化された部分的に圧縮されたインターフェイスでこの絶縁の役割をサポートします。

GA200 バッテリーサーマルパッド、ナノシリコンフレームと PET フィルム付き ナノシリコンフレームと PET フィルムを特徴とするこのパッドは、絶縁耐力と機械的クッション性を提供します。一貫した絶縁を提供し、セルと金属ハードウェア間のインターフェースをサポートし、熱管理を支援します。 製品を見る→

信頼性テストには、経年劣化や熱サイクルも含める必要があります。時間の経過とともにパッドの厚みがなくなったり硬化したりすると、熱抵抗が増加し、最終的にはホットスポットが発生します。圧縮永久歪みとショア硬度の値は開始点として役立ちますが、生産プログラムで使用される特定のセルと冷却プレートの材料を使用して検証する必要があります。

サプライヤー評価で確認すべきこと

調達に関しては、サーマル パッドは商品ではなく設計コンポーネントです。最初のステップは、サプライヤーがバッチ間で一貫した厚さと硬度を提供できることを確認することです。 2 つ目は、熱老化と負荷サイクル後のパッドの応答を検証することです。これは、現場での故障のほとんどが発生する場所であるためです。 Ecovadis や責任ある鉱物イニシアチブからの構造化データを共有できるサプライヤーは、材料の保管過程に対する信頼性を高めることもできますが、物理的な検証が決定的な要素であることに変わりはありません。

• 厳選した一例だけでなく、複数の製造ロットからサンプルをリクエストしてください。
• 圧縮試験の前後でパッドの高さと硬さを測定します。
• 実際のセルと冷却プレートの形状を使用してパッドの機能をテストします。
• パックのアーキテクチャで必要な場合は、熱暴走シミュレーションでパッドがどのように動作するかを確認してください。

これらのチェックにより、実験室では機能しても連続生産中に故障モードが発生する材料を選択するリスクが軽減されます。

Goode の Thermex バッテリー パッドが熱管理にどのように対処するか

細胞レベルのパッド

セルレベルでは、サーマルパッドはセルと周囲の構造の形状を考慮する必要があります。また、熱事象が発生した場合の高いニアエンド温度にも耐える必要がある場合があります。 Goode の Thermex セル保護ラインには、この目的のためにさまざまな材料システムを組み合わせたパッドが含まれています。たとえば、シリコン フレームとエアロゲル コアを組み合わせると、必要な方向への熱伝達を制限しながら構造の弾力性を高めることができます。 Goode の GA310 バッテリー サーマル パッドは、この構成の一例です。

シリコンフレームとエアロゲルコアを備えた GA310 バッテリーサーマルパッド このパッドはシリコン フレームとエアロゲル コアを使用して、高温断熱と構造的弾力性を組み合わせています。安定した熱状態とクッション性を維持するのに役立ち、要求の厳しいバッテリー用途におけるセルからパックの保護に適しています。 製品を見る→

フォームベースの構造かシリコンベースの構造のどちらを選択するかは、パックの組み立て方法とパッドが何を保護する必要があるかによって異なります。独立気泡フォーム層を備えたパッドは、低圧力下での適合性が向上する可能性があり、一方、シリコーンフレームのパッドは、高いせん断荷重に耐えるセルパックの寸法安定性を向上させることができます。

モジュールおよびパックレベルの保護

熱戦略はセルにとどまりません。エンド プレートやリリース プレートなどのモジュール レベルの要素は、熱イベント中に熱がどこに行くかを制御します。パックレベルの保護には、ハウジングの床と側壁の断熱材、および液体冷却プレートのインターフェイスが含まれます。これらの隣接する層を考慮せずにサーマル パッドを選択すると、パックのパフォーマンスに影響を与えるほどの熱が蓄積される可能性がありますが、現実的な界面動作を備えたパッドを選択すると、電気チェーンと熱チェーン全体を保護するのに役立ちます。

Goode の Thermex モジュールおよびパック保護ラインは、セルレベルのパッドと同じシステムコンテキストで機能するように設計されています。断熱材、構造コンポーネント、サーマルパッドを組み合わせたスタックによって、通常の動作条件下および熱暴走シナリオでパックがどのように機能するかが決まります。

バッテリーサーマルパッドの選択はギャップから始まり、検証で終わります。最も重要な決定は、界面公差、使用圧力での熱インピーダンス、圧縮永久歪、絶縁耐力、および動作温度範囲です。これらは独立した値ではありません。これらは、セルの形状、冷却プレートの仕上げ、および組み立て力と相互作用します。データシート上では正常に見えるパッドでも、硬さとギャップ サイズの不一致により、パック内で不良になる可能性があります。

Goode の Thermex バッテリー セル保護は、PU フォームとエアロゲルの組み合わせからシリコン フレーム構造に至るまで、この選択にいくつかの材料パスを提供します。正しい選択は、実際のジオメトリでテストされたものです。 EV バッテリーの熱管理に関するより広い視点については、EV バッテリーの熱設計における効率と安全性の最大化に関するガイドを参照してください。