แผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่ EV: ทำหน้าที่อะไร วิธีเลือกอันที่ถูกต้อง และเหตุใดจึงสำคัญต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่

เหตุใดแผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV จึงมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

แผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV หรือที่เรียกว่าแผ่นเชื่อมต่อความร้อนของแบตเตอรี่ แผ่นอุดช่องว่าง หรือแผ่นนำความร้อน เป็นแผ่นวัสดุนำความร้อนที่อ่อนนุ่มและบีบอัดได้ ซึ่งวางอยู่ระหว่างเซลล์แบตเตอรี่หรือโมดูลกับแผ่นทำความเย็นที่อยู่ด้านล่าง ฟังก์ชั่นนี้ฟังดูเรียบง่าย: นำความร้อนจากเซลล์แบตเตอรี่เข้าสู่ระบบทำความเย็น แต่ความท้าทายทางวิศวกรรมที่พวกเขาแก้ไขนั้นเป็นเพียงเรื่องเล็กน้อย เซลล์แบตเตอรี่ผลิตขึ้นโดยมีความคลาดเคลื่อนของขนาดซึ่งทำให้เกิดความแปรผันเล็กน้อยในด้านความสูงและความเรียบของพื้นผิวทั่วทั้งโมดูล หากไม่มีชั้นกลางที่เป็นไปตามข้อกำหนด การสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะแข็งระหว่างเซลล์และแผ่นทำความเย็นจะครอบคลุมเฉพาะยอดของแต่ละพื้นผิว โดยปล่อยให้พื้นที่ส่วนต่อประสานส่วนใหญ่เป็นช่องว่างอากาศ และอากาศก็เป็นตัวนำความร้อนที่แย่มาก

แผ่นระบายความร้อนช่วยเติมเต็มช่องว่างระดับจุลทรรศน์และขนาดมหภาคเหล่านี้โดยการปรับให้เข้ากับพื้นผิวทั้งสองอย่างพร้อมกันภายใต้แรงอัดระดับปานกลาง การสัมผัสใกล้ชิดนี้ช่วยลดความต้านทานการสัมผัสความร้อนที่อินเทอร์เฟซได้อย่างมาก สร้างเส้นทางความร้อนที่มีความต้านทานต่ำจากเคสเซลล์ผ่านแผ่นและเข้าสู่แผ่นฐานระบายความร้อนด้วยของเหลว ในทางปฏิบัติ ความแตกต่างระหว่างอินเทอร์เฟซที่ไม่มีการบุนวมและแผ่นระบายความร้อนที่ระบุอย่างเหมาะสมอาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างเซลล์ที่ทำงานที่อุณหภูมิ 35°C หรือ 55°C ในระหว่างรอบการชาร์จเร็ว ซึ่งเป็นความแตกต่างของอุณหภูมิที่ส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ ความสามารถในการชาร์จ และความได้เปรียบด้านความปลอดภัยจากการเปลี่ยนแปลงของความร้อน

นอกเหนือจากการจัดการระบายความร้อนแล้ว แผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV ยังให้บริการฟังก์ชั่นรองที่มีความสำคัญเท่าเทียมกันในชุดแบตเตอรี่รถยนต์ที่ใช้งานจริง เป็นฉนวนไฟฟ้าระหว่างเคสเซลล์และแผ่นทำความเย็นในการออกแบบที่แผ่นทำความเย็นต่อสายดินหรือมีศักยภาพที่แตกต่างกัน พวกมันดูดซับความเครียดจากการขยายตัวในขณะที่เซลล์ขยายตัวในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เซลล์ลิเธียมไอออนสามารถขยายตัวได้ 2-5% ตลอดวงจรการชาร์จ และหากไม่มีชั้นที่เป็นไปตามข้อกำหนด การขยายตัวนี้จะสร้างความเค้นเชิงกลในโครงสร้างโมดูลที่สามารถสร้างความเสียหายให้กับเคสเซลล์หรือปลดบัสบาร์ได้ แผ่นระบายความร้อนด้านขวาเป็นส่วนประกอบการถ่ายเทความร้อน ฉนวนไฟฟ้า และบัฟเฟอร์เชิงกลไปพร้อมๆ กัน

ค่าการนำความร้อนแปลงเป็นอุณหภูมิแบตเตอรี่จริงอย่างไร

ค่าการนำความร้อน (แสดงเป็น W/m·K) เป็นข้อกำหนดเฉพาะสำหรับแผ่นระบายความร้อนใดๆ และผู้ซื้อจะเปรียบเทียบกันเป็นจำนวนแรก แต่ค่าการนำไฟฟ้าแบบแยกส่วนไม่ได้บอกเล่าเรื่องราวทั้งหมดว่าแผ่นจะทำงานอย่างไรในชุดแบตเตอรี่ ความหนา พฤติกรรมการบีบอัด และคุณภาพการสัมผัสพื้นผิว ล้วนมีปฏิสัมพันธ์กันเพื่อกำหนดความต้านทานความร้อนจริงที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดโดยตรงว่าอุณหภูมิของเซลล์จะเพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิสารหล่อเย็นเท่าใดภายใต้ภาระความร้อนที่กำหนด

ความต้านทานต่อส่วนเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (วัดเป็น cm²·K/W หรือ m²·K/W) ผสมผสานการนำไฟฟ้าจำนวนมากของแผ่นอิเล็กโทรดเข้ากับความหนาและคุณภาพการสัมผัสพื้นผิว แผ่นที่มีค่าการนำไฟฟ้าปานกลาง 3 W/m·K เมื่อบีบอัดจนถึงความหนา 0.5 มม. จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแผ่นที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่า 6 W/m·K เมื่อบีบอัดจนถึงความหนา 2 มม. เนื่องจากแผ่นที่หนากว่าจะมีวัสดุให้ความร้อนผ่านได้มากกว่า ความสัมพันธ์คือ: ความต้านทานความร้อน = ความหนา / (ค่าการนำไฟฟ้า × พื้นที่) . ซึ่งหมายความว่าในชุดแบตเตอรี่ที่มีการควบคุมเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของการประกอบอย่างดีและมีช่องว่างเล็ก แผ่นนำไฟฟ้าที่บางและปานกลางมักจะให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้ดีกว่าแผ่นที่หนาและเป็นสื่อไฟฟ้าสูง ในขณะที่ยังมีต้นทุนน้อยลงและเพิ่มน้ำหนักน้อยลง

ค่าการนำไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงในตลาดแผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV มีตั้งแต่ 1.5 W/m·K สำหรับแผ่นอุดช่องว่างพื้นฐานที่ใช้ในการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ ถึง 3–6 W/m·K สำหรับการออกแบบชุดแบตเตอรี่รถยนต์ทั่วไป สูงถึง 8–15 W/m·K สำหรับการชาร์จเร็วประสิทธิภาพสูงและการใช้งานมอเตอร์สปอร์ต โดยการลดความต้านทานความร้อนเป็นข้อจำกัดในการออกแบบที่โดดเด่นโดยไม่คำนึงถึงต้นทุน ที่สูงกว่าประมาณ 10 W/m·K แผ่นระบายความร้อนหรือวัสดุเปลี่ยนเฟสเริ่มแข่งขัน แม้ว่าจะไม่มีการผสมผสานระหว่างความสอดคล้อง ความง่ายในการประกอบ และความสามารถในการทำงานซ้ำได้แบบเดียวกับที่แผ่นระบายความร้อนแบบแข็งมีให้ในสภาพแวดล้อมสายการผลิตก็ตาม

ประเภทวัสดุ: ซิลิโคน ไม่ใช่ซิลิโคน และแผ่นความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส

วัสดุฐานของแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่ EV จะกำหนดช่วงอุณหภูมิ ความเข้ากันได้ทางเคมี ความเสถียรในระยะยาว ลักษณะการอัดตัว และพิจารณาว่าจะเสี่ยงต่อการปนเปื้อนในสภาพแวดล้อมการประกอบแบตเตอรี่หรือไม่ ตระกูลวัสดุสามกลุ่มครองตลาดแผ่นความร้อนสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ โดยแต่ละกลุ่มมีจุดแข็งเฉพาะที่ทำให้เหมาะสมกับข้อกำหนดการออกแบบที่แตกต่างกัน

แผ่นความร้อนที่ใช้ซิลิโคน

แผ่นความร้อนซิลิโคนเมทริกซ์เป็นชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ ซิลิโคนมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างโดยธรรมชาติ (โดยทั่วไปคือ −60°C ถึง 200°C) ความยืดหยุ่นในระยะยาวที่ดีเยี่ยมซึ่งรักษาแรงอัดและประสิทธิภาพการเติมช่องว่างตลอดระยะเวลาหลายปีของการหมุนเวียนด้วยความร้อน ความเฉื่อยทางเคมีที่ดี และความเข้ากันได้กับข้อกำหนดมาตรฐานการติดไฟ UL94 V-0 สำหรับวัสดุแพ็คแบตเตอรี่ สารตัวเติมนำความร้อน — อะลูมิเนียมออกไซด์ โบรอนไนไตรด์ อะลูมิเนียมไนไตรด์ หรือส่วนผสมของสารตัวดังกล่าว — จะถูกกระจายไปทั่วเมทริกซ์ซิลิโคนเพื่อให้ได้ระดับการนำไฟฟ้าที่ต้องการ ความนุ่มนวลและความสอดคล้องของซิลิโคนเมทริกซ์ทำให้แน่ใจได้ว่าพื้นผิวสัมผัสใกล้ชิดแม้ที่แรงกดในการประกอบต่ำ ทำให้แผ่นซิลิโคนเหมาะสมกับแรงจับยึดระดับปานกลางในการออกแบบโมดูลแบตเตอรี่ส่วนใหญ่

ข้อจำกัดหลักของแผ่นระบายความร้อนที่ใช้ซิลิโคนในการใช้งาน EV คือการปล่อยก๊าซซิลิโคน วัสดุซิลิโคนจะปล่อยสารประกอบไซล็อกเซนน้ำหนักโมเลกุลต่ำออกมาเป็นสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่อุณหภูมิสูง ในแบตเตอรี่ที่ปิดสนิท สารประกอบไซลอกเซนเหล่านี้สามารถสะสมบนหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า องค์ประกอบเซ็นเซอร์ และขั้วต่อเซลล์ อาจทำให้เกิดปัญหาความต้านทานต่อการสัมผัสหรือรบกวนกลไกการระบายอากาศของเซลล์ นี่คือสาเหตุที่ OEM สำหรับรถยนต์บางราย โดยเฉพาะผู้ที่มีโปรแกรมควบคุมการปนเปื้อนของซิลิโคนที่เข้มงวด ระบุวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนที่ปราศจากซิลิโคนสำหรับพื้นผิวภายในของชุดแบตเตอรี่

แผ่นความร้อนที่ไม่ใช่ซิลิโคน (ปราศจากซิลิโคน)

แผ่นความร้อนที่ไม่ใช่ซิลิโคนใช้เมทริกซ์โพลีเมอร์ทางเลือก เช่น โพลียูรีเทน อะคริลิก โพลีโอเลฟิน หรือวัสดุที่มีขี้ผึ้ง เพื่อนำพาตัวตัวเติมนำความร้อน วัสดุเหล่านี้ขจัดความกังวลเรื่องการปล่อยก๊าซของซิลิโคนโดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม OEMs จึงกำหนดข้อกำหนดการประกอบที่ปราศจากซิลิโคนที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งรวมถึงผู้ผลิตรถยนต์ในญี่ปุ่นและยุโรปหลายราย แผ่นความร้อนที่ทำจากโพลียูรีเทนให้แรงอัดที่ดีและช่วงอุณหภูมิปานกลางเหมาะสำหรับภายในชุดแบตเตอรี่ (โดยทั่วไปคือ −40°C ถึง 130°C) แผ่นระบายความร้อนที่ใช้อะคริลิกทำให้แผ่นมีมิติที่มั่นคงและมั่นคงยิ่งขึ้น ซึ่งง่ายต่อการจัดการและตัดเฉือนในระหว่างการประกอบชุดแบตเตอรี่ในปริมาณมาก โดยทั่วไปแล้ว ข้อเสียเปรียบสำหรับการออกแบบที่ปราศจากซิลิโคนคือช่วงอุณหภูมิที่แคบกว่าและความยืดหยุ่นในระยะยาวลดลงเมื่อเทียบกับซิลิโคน ซึ่งต้องคำนึงถึงความหนาของแผ่นอิเล็กโทรดและการออกแบบการบีบอัดด้วย

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (PCM) แบบเปลี่ยนเฟสเป็นหมวดหมู่เฉพาะที่เปลี่ยนจากของแข็งไปเป็นของเหลวที่อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่กำหนด — โดยทั่วไปคือ 50–70°C — และกลับเป็นของแข็งเมื่อเย็นลง ในรูปของเหลว PCM จะไหลเข้าสู่ลักษณะพื้นผิวที่เล็กมากเพื่อให้เกิดการสัมผัสที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ โดยลดความต้านทานของอินเทอร์เฟซลงอย่างมาก แผ่นเปลี่ยนเฟสมีจำหน่ายเป็นแผ่นแข็งเพื่อให้ประกอบได้ง่ายและได้รับการปรับความร้อนให้เหมาะสมหลังจากรอบการระบายความร้อนครั้งแรกในการให้บริการ พวกเขาบรรลุค่าความต้านทานของอินเทอร์เฟซที่ต่ำที่สุดที่มีอยู่ในวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนรูปแบบทึบ และใช้ในชุดแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูง ซึ่งการลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นให้เหลือน้อยที่สุดระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็วคือการสร้างความแตกต่างหลักในการแข่งขัน ข้อจำกัดของพวกเขาคือเฟสของเหลวต้องมีรูปทรงการกักเก็บที่เพียงพอเพื่อป้องกันการโยกย้ายของวัสดุออกจากส่วนต่อประสานผ่านการหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ

พฤติกรรมการบีบอัดและเหตุใดจึงกำหนดประสิทธิภาพการระบายความร้อนในระยะยาว

พฤติกรรมของแผ่นระบายความร้อนภายใต้การบีบอัดมีความสำคัญมากกว่าระดับการนำไฟฟ้าจำนวนมากสำหรับประสิทธิภาพของชุดแบตเตอรี่ในระยะยาว ค่าการนำความร้อนบนแผ่นข้อมูลวัดที่แรงดันทดสอบเฉพาะ — โดยทั่วไปคือ 10 psi (69 kPa) หรือสูงกว่า — ซึ่งอาจค่อนข้างแตกต่างจากความเค้นอัดจริงที่แผ่นสัมผัสได้รับในโมดูลแบตเตอรี่ที่ประกอบ แผ่นอิเล็กโทรดที่ถูกบีบอัดต่ำกว่าแรงดันทดสอบจะมีความต้านทานความร้อนสูงกว่าที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูล แผ่นอิเล็กโทรดที่ถูกบีบอัดมากเกินไปอาจทำให้ความสอดคล้องลดลงเหลืออยู่สำหรับการบวมของเซลล์

คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการบีบอัดสองประการมีความสำคัญอย่างยิ่งในการระบุอย่างถูกต้อง ชุดบีบอัด วัดปริมาณการเสียรูปถาวรที่แผ่นอิเล็กโทรดสะสมหลังจากการบีบอัดอย่างต่อเนื่อง โดยแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของความหนาเดิมที่สูญเสียไปหลังจากช่วงระยะเวลาที่กำหนดภายใต้การรับน้ำหนัก ชุดการบีบอัดที่สูงหมายความว่าแผ่นจะค่อยๆ บางลงเมื่อใช้งาน ซึ่งจะลดทั้งความสามารถในการอุดช่องว่างและความสามารถในการติดตามการบวมของเซลล์ สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่คาดว่าจะใช้งานได้นาน 10-15 ปีด้วยรอบการชาร์จนับแสนรอบ ชุดการบีบอัดควรต่ำกว่า 20% ภายใต้อุณหภูมิและสภาวะโหลดที่เลวร้ายที่สุด การโก่งตัวของแรงอัด อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดที่ใช้และการเปลี่ยนแปลงความหนาของแผ่น — เส้นโค้งนี้จะกำหนดว่าโครงสร้างการจับยึดของโมดูลจะสร้างความเค้นมากเกินไปบนเซลล์หรือแรงกดสัมผัสไม่เพียงพอบนแผ่นระบายความร้อนที่จุดบีบอัดที่ออกแบบหรือไม่

แผ่นนำความร้อนที่บรรจุสารตัวเติมเซรามิกแข็งในปริมาณมาก (เช่น อลูมิเนียมไนไตรด์หรือโบรอนไนไตรด์) เพื่อให้มีค่าการนำไฟฟ้าสูง มักจะมีความสามารถในการอัดลดลงเมื่อเทียบกับแผ่นซิลิโคนที่เติมเล็กน้อย นี่เป็นข้อดีข้อเสียของวัสดุขั้นพื้นฐาน: ฟิลเลอร์ที่มากขึ้นจะเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าแต่ลดความสามารถในการเปลี่ยนรูปของเมทริกซ์ ผู้ออกแบบชุดแบตเตอรี่ที่ทำงานกับแผ่นอิเล็กโทรดที่มีการนำไฟฟ้าสูงเหล่านี้ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบตัวจับยึดโมดูลจะสร้างแรงกดในการประกอบที่เพียงพอเพื่อให้เกิดการสัมผัสพื้นผิวที่จำเป็น โดยไม่เกิดแรงอัดสูงสุดที่เซลล์สามารถทนได้ โดยทั่วไปผู้ผลิตเซลล์จะระบุเป็นแรงดันปึกสูงสุดในช่วง 100–500 kPa ขึ้นอยู่กับรูปแบบของเซลล์

คุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้า: ความเป็นฉนวนและความต้านทานต่อปริมาตร

ในสถาปัตยกรรมชุดแบตเตอรี่ EV ส่วนใหญ่ แผ่นทำความเย็นอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้ากราวด์หรือที่แรงดันอ้างอิงแชสซีที่กำหนดไว้ ในขณะที่ปลอกเซลล์อยู่ที่ไฟฟ้าแรงสูงของชุดแบตเตอรี่ แผ่นระบายความร้อนที่อยู่ระหว่างแผงทั้งสองจะต้องมีฉนวนไฟฟ้าที่เชื่อถือได้เพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้ารั่ว การลัดวงจร และข้อผิดพลาดของกราวด์ ที่จะกระตุ้นฟังก์ชันการตรวจสอบการแยกของระบบการจัดการแบตเตอรี่ หรือในกรณีที่เลวร้ายที่สุด อาจก่อให้เกิดอันตรายจากไฟฟ้าช็อต บทบาทสองประการนี้ — นำความร้อนแต่เป็นฉนวนไฟฟ้า — เป็นหนึ่งในความขัดแย้งทางวิศวกรรมที่สำคัญของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน เนื่องจากตัวนำความร้อนที่ดีส่วนใหญ่ (โลหะ กราไฟท์) ก็เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน

วิธีแก้ปัญหาอยู่ที่การใช้ตัวเติมนำความร้อนที่ไม่ใช่โลหะ โดยเฉพาะโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) อลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂O₃) และอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ซึ่งมีค่าการนำความร้อน 20–300 W/m·K ในปริมาณมาก แต่เป็นฉนวนไฟฟ้า เมื่อกระจายตัวในเมทริกซ์โพลีเมอร์ที่มีเศษส่วนปริมาตรสูง สารตัวเติมเหล่านี้จะสร้างเครือข่ายนำความร้อน ในขณะที่เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่เป็นฉนวนจะรักษาการแยกตัวทางไฟฟ้า แผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV ที่ได้รับสูตรมาอย่างดีให้ความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก 10–30 กิโลโวลต์/มม และความต้านทานต่อปริมาตรที่เกิน 10¹² Ω·cm ให้ความสะดวกสบายเหนือแรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการสูงสุดของชุดแบตเตอรี่รถยนต์ปัจจุบัน (ระบบ 400V และ 800V)

ความแข็งแรงของไดอิเล็กทริกต้องได้รับการตรวจสอบที่ความหนาของแผ่นบีบอัดขั้นต่ำที่จะเกิดขึ้นในการผลิต ไม่ใช่ที่ความหนาที่ระบุ หากแผ่นหนา 2 มม. ถูกบีบอัดจนเหลือ 1.5 มม. ในโมดูลที่ประกอบไว้ แรงดันไฟฟ้าทนไดอิเล็กทริกของแผ่นบีบอัดจะต่ำกว่าที่ความหนาเต็ม 25% แผ่นอิเล็กโทรดที่ใช้ใกล้กับขอบโลหะแหลมคม เช่น คุณสมบัติของแผ่นทำความเย็น ฝาครอบปลายเซลล์ ขอบบัสบาร์ จะต้องได้รับการประเมินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสนามไฟฟ้าในพื้นที่ซึ่งเกิดขึ้นที่ความไม่ต่อเนื่องทางเรขาคณิต ซึ่งอาจทำให้เกิดการพังทลายของอิเล็กทริกเฉพาะที่ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าพิกัดความทนทานของสนามสม่ำเสมอ

การรับรองการหน่วงการติดไฟ การปล่อยแก๊สออก และวัสดุยานยนต์

แผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV ที่ใช้ในยานพาหนะการผลิตจะต้องผ่านการทดสอบคุณสมบัติของวัสดุที่ครอบคลุม ซึ่งเหนือกว่าข้อกำหนดด้านความร้อนและไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน มาตรฐานวัสดุ OEM สำหรับยานยนต์มีความเข้มงวดมากกว่าข้อกำหนดทางอุตสาหกรรมทั่วไปอย่างมาก ซึ่งสะท้อนถึงผลด้านความปลอดภัยจากความล้มเหลวของวัสดุในชุดแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล

ข้อกำหนดการหน่วงไฟ

วัสดุทั้งหมดภายในชุดแบตเตอรี่ต้องเป็นไปตามการจำแนกประเภทความไวไฟ UL94 V-0 เป็นข้อกำหนดขั้นต่ำ V-0 หมายความว่าชิ้นงานทดสอบจะดับไฟได้เองภายใน 10 วินาทีหลังจากเปลวไฟลุกไหม้ออก โดยไม่มีสารที่ติดไฟหยด OEM จำนวนมากต้องการการทดสอบเพิ่มเติมตาม FMVSS 302 (มาตรฐานความปลอดภัยยานยนต์ของรัฐบาลกลางสำหรับการติดไฟภายในรถ) หรือตามระเบียบการทดสอบอัคคีภัยเฉพาะของ OEM ที่จำลองสภาวะของเหตุการณ์ความร้อนหนีไฟจากแบตเตอรี่ได้ใกล้เคียงยิ่งขึ้น แผ่นความร้อนที่ผ่าน UL94 V-0 ภายใต้สภาวะมาตรฐานอาจจำเป็นต้องผ่านการรับรองอีกครั้ง หากมีการปรับเปลี่ยนสูตรวัสดุเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติการนำไฟฟ้าหรือการบีบอัด — พฤติกรรมการติดไฟจะไวต่อปริมาณและประเภทของสารตัวเติม และการเปลี่ยนแปลงที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนในบางครั้งจะลดสารหน่วงไฟหากไม่ได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง

การทดสอบการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและ VOC

วัสดุภายในชุดแบตเตอรี่ได้รับการทดสอบการปล่อยสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงซึ่งจำลองการแช่ความร้อนจากการทำงานในกรณีที่เลวร้ายที่สุด ข้อกังวลไม่เพียงแต่การปนเปื้อนของซิลิโคนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารประกอบอินทรีย์ที่อาจสะสมบนช่องระบายอากาศของเซลล์ ขัดขวางการดูดซึมอิเล็กโทรไลต์ หรือสร้างความเข้มข้นของไอที่ติดไฟได้ภายในกล่องบรรจุที่ปิดสนิท VDA 278 (การวิเคราะห์การดูดซับความร้อน) และ VDA 270 (การประเมินกลิ่น) เป็นวิธีการทดสอบมาตรฐานที่ใช้ในห่วงโซ่อุปทานยานยนต์ของเยอรมนี JASO M902 ครอบคลุมข้อกำหนดที่คล้ายกันสำหรับ OEM ของญี่ปุ่น ซัพพลายเออร์จะต้องให้ข้อมูลการทดสอบในห้องปฏิบัติการของบุคคลที่สามสำหรับโปรโตคอล VOC เหล่านี้ โดยเป็นส่วนหนึ่งของเอกสาร PPAP (กระบวนการอนุมัติชิ้นส่วนการผลิต) ที่จำเป็นก่อนการจัดหาการผลิตจำนวนมาก

คุณสมบัติการปั่นจักรยานด้วยความร้อนและผู้สูงอายุ

การทดสอบความน่าเชื่อถือในระยะยาวสำหรับแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่ EV โดยทั่วไปจะรวมถึงการหมุนเวียนความร้อนระหว่างอุณหภูมิแช่เย็นต่ำสุด (-40°C) และอุณหภูมิการทำงานสูงสุด (85°C ถึง 105°C) เป็นเวลา 500–1,000 รอบ ในขณะที่วัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานความร้อนและการตอบสนองของแรงอัดตามช่วงเวลา เกณฑ์การยอมรับกำหนดให้ความต้านทานความร้อนเพิ่มขึ้นไม่เกิน 10–20% จากค่าเริ่มต้นตลอดระยะเวลาการทดสอบทั้งหมด ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่เข้มงวดซึ่งกำจัดวัสดุที่สลายตัวเนื่องจากการตกตะกอนของอนุภาคตัวเติม การแยกโซ่โพลีเมอร์ หรือการแข็งตัวด้วยออกซิเดชันตลอดอายุการใช้งานที่ตั้งใจไว้ 10–15 ปีของยานพาหนะ

การเลือกแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่ EV ที่เหมาะสม: พารามิเตอร์หลักที่ต้องระบุ

การระบุแผ่นความร้อนแบตเตอรี่ EV สำหรับการออกแบบชุดแบตเตอรี่ใหม่ต้องใช้แนวทางที่เป็นระบบซึ่งรวบรวมข้อกำหนดด้านการทำงานทั้งหมดก่อนที่จะประเมินวัสดุที่เป็นตัวเลือก การมุ่งเน้นเฉพาะการนำไฟฟ้าและการมองข้ามพฤติกรรมการบีบอัด ฉนวนไฟฟ้า หรือความเข้ากันได้ทางเคมี นำไปสู่วัสดุที่ผ่านการรับรองซึ่งไม่ผ่านข้อกำหนดในการให้บริการหรือสร้างปัญหาในการประกอบการผลิต

• ขนาดช่องว่างและช่วงพิกัดความเผื่อ: กำหนดช่องว่างที่ระบุระหว่างโครงเซลล์และแผ่นทำความเย็นที่การบีบอัดที่ออกแบบ บวกกับช่วงพิกัดความเผื่อทั้งหมดจากช่องว่างการประกอบขั้นต่ำถึงสูงสุดทั่วทั้งประชากรการผลิต แผ่นจะต้องเติมเต็มช่องว่างสูงสุดอย่างเพียงพอโดยไม่สร้างแรงอัดมากเกินไปที่ช่องว่างขั้นต่ำ
• ความต้านทานความร้อนเป้าหมาย: ทำงานย้อนกลับจากขีดจำกัดอุณหภูมิของเซลล์และอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นเพื่อกำหนดความต้านทานความร้อนสูงสุดที่อนุญาตที่ส่วนต่อประสาน จากนั้นเลือกความหนาของแผ่นและค่าการนำไฟฟ้าเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ที่ความดันการบีบอัดที่ออกแบบ
• ที่พักบวมของเซลล์: ตรวจสอบว่าความสามารถในการอัดที่เหลืออยู่ของแผ่นอิเล็กโทรดหลังจากการประกอบครั้งแรกนั้นเพียงพอที่จะรองรับการขยายตัวของปริมาตรของเซลล์ตลอดช่วงสถานะการชาร์จเต็ม โดยไม่เกินแรงดันปึกสูงสุดที่ระบุโดยผู้ผลิตเซลล์
• แรงดันไฟฟ้าฉนวนไฟฟ้า: ยืนยันความทนทานต่อไดอิเล็กทริกที่ความหนาที่ถูกบีบอัดขั้นต่ำ โดยคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูงสุดของบรรจุภัณฑ์ด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมตามมาตรฐาน IEC 60664 หรือมาตรฐานการประสานงานของฉนวนรถยนต์ที่เกี่ยวข้อง
• ข้อกำหนดที่ปราศจากซิลิโคน: ยืนยันกับ OEM ว่าสภาพแวดล้อมการประกอบมีการควบคุมด้วยซิลิโคนหรือไม่ และระบุตามนั้น — ข้อจำกัดนี้ช่วยลดแผ่นซิลิโคนและจำกัดการเลือกใช้วัสดุทดแทนที่ไม่ใช่ซิลิโคน
• ข้อกำหนดการติดไฟและการรับรอง: ระบุ UL94 V-0 เป็นขั้นต่ำ ยืนยันข้อกำหนดการทดสอบอัคคีภัยเฉพาะของ OEM เพิ่มเติม และรวมไว้ในแผนการทดสอบคุณสมบัติของซัพพลายเออร์
• ความเข้ากันได้ของกระบวนการประกอบ: พิจารณาว่าจะใช้แผ่นอิเล็กโทรดด้วยมือหรือแบบอัตโนมัติ ไม่ว่าจะต้องใช้แผ่นซับสำหรับป้องกันจนกว่าจะประกอบ ควรมีแผ่นรองกาวสำหรับการวางตำแหน่งล่วงหน้าบนแผ่นทำความเย็นหรือไม่ และจะต้องผ่านขั้นตอนกระบวนการขั้นกลางใดๆ เช่น ของเหลวทดสอบการรั่วหรือเตาอบบ่มด้วยกาวก่อนการประกอบโมดูลขั้นสุดท้ายหรือไม่

การมีส่วนร่วมกับซัพพลายเออร์แผ่นระบายความร้อนตั้งแต่เนิ่นๆ ในโปรแกรมการพัฒนาชุดแบตเตอรี่ — ก่อนที่ขนาดโครงสร้างโมดูลจะเสร็จสิ้น — ช่วยให้ความหนาของแผ่นและการออกแบบการบีบอัดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกับสถาปัตยกรรมการยึดโมดูลได้ วิธีการระดับระบบนี้สร้างประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่องและต้นทุนการประกอบรวมที่ต่ำกว่าการติดตั้งข้อมูลจำเพาะของแผ่นอิเล็กโทรดเพิ่มเติมในการออกแบบโมดูลที่สรุปผลโดยไม่ต้องคำนึงถึงพฤติกรรมทางกลของแผ่นอิเล็กโทรด