Solusi Baterai EV - Bahan Antarmuka Termal untuk Mendinginkan Komponen Elektronik

Pentingnya Sistem Manajemen Termal
Masalah terkait panas pada baterai adalah faktor kunci yang menentukan kinerja, keamanan, masa pakai, dan biayanya.

Pertama-tama, tingkat suhu baterai lithium-ion secara langsung memengaruhi kinerja energi dan daya saat digunakan. Ketika suhu rendah, kapasitas yang tersedia dari baterai akan menurun dengan cepat. Mengisi daya baterai pada suhu yang terlalu rendah (seperti di bawah 0°C) dapat menyebabkan fenomena tegangan berlebih seketika, yang akan menyebabkan endapan litium internal dan mengakibatkan korsleting.

Kedua, masalah terkait panas pada baterai lithium-ion secara langsung memengaruhi keamanan baterai. Cacat dalam proses produksi atau pengoperasian yang tidak tepat selama penggunaan dapat menyebabkan pemanasan sebagian pada baterai, yang akan memicu reaksi eksotermik berantai, dan akhirnya menyebabkan peristiwa pelarian termal serius seperti asap, kebakaran, atau bahkan ledakan, yang mengancam keselamatan pengemudi dan penumpang kendaraan.

Selain itu, suhu pengoperasian atau penyimpanan baterai lithium-ion memengaruhi masa pakainya. Suhu yang cocok untuk baterai adalah sekitar 10~30°C; suhu yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menyebabkan umur baterai menurun dengan cepat.

Baterai daya skala besar membuat rasio luas permukaan terhadap volumenya relatif berkurang, panas internal baterai tidak mudah hilang, dan lebih cenderung mengalami masalah seperti suhu internal yang tidak merata serta kenaikan suhu lokal yang berlebihan, yang selanjutnya mempercepat degradasi baterai, mempersingkat masa pakai baterai, dan meningkatkan total biaya bagi pengguna.

Sistem manajemen termal baterai adalah salah satu teknologi kunci untuk mengatasi masalah terkait panas baterai serta memastikan kinerja, keamanan, dan umur baterai daya. Fungsi utama dari sistem manajemen termal meliputi:
1) Pembuangan panas yang efektif saat suhu baterai tinggi, untuk mencegah kecelakaan thermal runaway;
2) Pemanasan saat suhu baterai rendah, tingkatkan suhu baterai, dan pastikan kinerja pengisian dan pengosongan pada suhu rendah serta keamanannya;
3) Mengurangi perbedaan suhu dalam paket baterai, menghambat pembentukan zona panas lokal, mencegah baterai rusak terlalu cepat di lokasi bersuhu tinggi, dan mengurangi umur keseluruhan paket baterai.

Sistem Manajemen Termal Tesla Roadster
SISTEM MANAJEMEN TERMAL BATERAI TESLA ROADSTER

Kendaraan listrik murni Tesla Motors Roadster menggunakan sistem manajemen termal baterai berpendingin cair. Paket baterai yang terpasang pada kendaraan terdiri dari 6831 baterai lithium-ion tipe 18650, di mana 69 baterai disambungkan secara paralel untuk membentuk satu set (balok), 9 set disambungkan secara seri untuk membentuk lembaran, dan akhirnya 11 lapisan ditumpuk secara seri. Cairan pendingin pada sistem manajemen termal baterai adalah campuran 50% air dan 50% etilen glikol.
Gambar 1.
(a) adalah sistem pengelolaan termal di dalam lembaran. Pipa pendingin disusun zigzag di antara baterai-baterai, dan cairan pendingin mengalir di dalam pipa untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh baterai.
(b) adalah diagram skematik dari struktur pipa pendingin. Bagian dalam pipa pendingin dibagi menjadi empat saluran, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
(c). Sistem pengelolaan panas menggunakan desain medan aliran dua arah untuk mencegah kenaikan bertahap suhu cairan pendingin selama aliran. Kedua ujung pipa pendingin berfungsi sebagai inlet dan outlet cairan, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Sebagaimana terlihat dalam 1
(d). Isi di antara baterai dan di antara baterai serta pipa dengan bahan-bahan yang memiliki isolasi listrik tetapi konduktivitas termal yang baik.

Fungsinya adalah:
(1) Ubah bentuk kontak antara baterai dan pipa pembuangan panas dari kontak garis menjadi kontak permukaan;
(2) Ya, hal ini bermanfaat untuk meningkatkan keseragaman suhu antara sel-sel tunggal;
(3) Sangat bermanfaat untuk meningkatkan kapasitas panas keseluruhan paket baterai, sehingga mengurangi suhu rata-rata keseluruhan.

Melalui sistem manajemen termal di atas, perbedaan suhu antara sel-sel individu dalam paket baterai Roadster dikendalikan dalam kisaran ±2°C. Sebuah laporan pada Juni 2013 menunjukkan bahwa setelah menempuh jarak 100.000 mil, kapasitas paket baterai Roadster masih dapat dipertahankan pada 80%~85% dari kapasitas awal, dan penurunan kapasitas tersebut terutama berkaitan langsung dengan jarak tempuh kendaraan, tetapi tidak terkait erat dengan suhu lingkungan. Hubungan dengan usia kendaraan sendiri tidak begitu jelas. Pencapaian hasil di atas bergantung pada dukungan kuat dari sistem manajemen termal baterai.

Prinsip Pembuangan Panas Sistem Manajemen Termal Baterai Tesla
Solusi termal dari teknologi Uniontenda memastikan bahwa kinerja aki mobil Anda lebih stabil, memperpanjang siklus hidup paket baterai Anda, dan memungkinkan paket baterai Anda bekerja dengan optimal.
Prinsip pembuangan panas: Saat baterai bekerja, banyak panas dihasilkan. Panas tersebut dipindahkan ke tabung berpendingin air melalui lembaran silikon yang konduktif secara termal, lalu tabung berpendingin air mentransfernya ke cairan pendingin. Cairan dalam tabung berpendingin air mengalir di dalam paket baterai untuk menghilangkan panas.
Prinsip Pembuangan Panas Sistem Manajemen Termal Baterai dari Produsen Mobil Domestik Terkenal
Prinsip disipasi termal: penggunaan kipas untuk secara aktif menghilangkan panas, dan kipas menyuplai angin yang kemudian bertiup menuju saluran aliran baterai untuk memanaskan bagian dalam paket baterai. Prinsip disipasi panas: Karena perbedaan suhu di dalam paket baterai tidak terkontrol dalam batas 5°C, sebuah bantalan silikon konduktif termal dipasang pada bagian atas dan bawah paket baterai, serta bantalan silikon termal ini mengarahkan suhu ke cangkang aluminium luar. Dengan demikian, perbedaan suhu seluruh modul baterai terkontrol dalam batas 5°C. Hal ini memenuhi persyaratan desain paket baterai, yang membuat paket baterai memiliki masa pakai lebih lama serta performa yang lebih stabil selama berkendara.

Prinsip pembuangan panas: Paket baterai menggunakan pembuangan panas pasif. Sebuah bantalan termal ditempelkan di antara paket baterai dan heat sink aluminium. Bahan antarmuka termal mentransfer suhu ke pelat aluminium, dan pelat aluminium bertukar panas dengan udara.
Prinsip pembuangan panas: Paket baterai menggunakan pembuangan panas pasif. Selembar lembar konduktif termal ditempelkan di antara paket baterai dan radiator aluminium. Lembar silikon termal mentransfer suhu ke radiator aluminium, dan radiator aluminium bertukar panas dengan udara.