Vật liệu tản nhiệt cho pin: lựa chọn nào phù hợp?
Tản nhiệt cho pin là bài toán quyết định tuổi thọ và độ an toàn của cả hệ thống. Bài viết so sánh ba nhóm vật liệu phổ biến là tấm silicone dẫn nhiệt, keo dẫn nhiệt hai thành phần và vật liệu chuyển pha, giúp kỹ sư chọn đúng giải pháp cho từng thiết kế pin.
Cell pin lithium-ion hoạt động tốt nhất trong khoảng 20°C đến 40°C. Khi chênh lệch nhiệt độ giữa các cell vượt quá 5°C, pin lão hóa không đều và dung lượng toàn khối giảm nhanh. Vật liệu giao diện nhiệt đặt giữa cell, mô-đun và tấm làm mát chính là cầu nối giúp dòng nhiệt đi ra ngoài hiệu quả.
Tấm silicone dẫn nhiệt
Tấm gap pad có độ mềm cao, dễ thao tác và bù được dung sai lắp ráp từ 0,5 mm đến vài milimét. Hệ số dẫn nhiệt phổ biến từ 1,5 đến 6 W/m.K. Nhược điểm là khó tự động hóa ở dây chuyền tốc độ cao và chi phí tăng mạnh với các tấm dẫn nhiệt cao.
Keo dẫn nhiệt hai thành phần
Gap filler dạng lỏng được tra bằng máy định lượng, lấp đầy mọi khe hở và đóng rắn tại chỗ. Đây là lựa chọn của nhiều nhà sản xuất pin xe điện vì phù hợp sản xuất hàng loạt và có thể gỡ ra khi sửa chữa. Cần lưu ý độ nhớt, tốc độ tra và tính mài mòn của chất độn lên đầu trộn.
Vật liệu chuyển pha
Vật liệu chuyển pha ở dạng rắn khi lắp và hóa mềm khi đạt nhiệt độ khoảng 50–60°C, cho lớp tiếp xúc rất mỏng với trở nhiệt thấp. Chúng phù hợp với bề mặt phẳng, khe hở nhỏ như giữa mô-đun điều khiển công suất và tản nhiệt, ít dùng ở khe lớn.
| Tiêu chí | Tấm silicone | Keo hai thành phần | Vật liệu chuyển pha |
|---|---|---|---|
| Dẫn nhiệt (W/m.K) | 1,5–6 | 2–4 | 3–8 |
| Khe hở phù hợp | 0,5–5 mm | 0,3–3 mm | Dưới 0,2 mm |
| Tự động hóa | Trung bình | Rất tốt | Tốt |
| Khả năng sửa chữa | Dễ | Trung bình | Dễ |
Khi lựa chọn, kỹ sư nên cân nhắc thêm các tiêu chí:
- Cấp chống cháy UL94 V-0 cho vật liệu đặt gần cell.
- Điện áp đánh thủng phù hợp với điện áp hệ thống.
- Lực nén tác động lên cell khi lắp ráp.
- Khối lượng riêng, ảnh hưởng tới khối lượng tổng của pack.
Trên thực tế, nhiều thiết kế pin kết hợp hai nhóm vật liệu: keo hai thành phần ở đáy mô-đun tiếp xúc tấm làm mát và tấm silicone ở các vị trí cạnh, nơi cần bù dung sai lớn hoặc phải tháo lắp khi bảo trì. Trước khi chốt phương án, nên thử chu kỳ nhiệt và rung để kiểm tra vật liệu có bị tách lớp hay khô cứng theo thời gian.
Để nhận mẫu thử và bảng dữ liệu kỹ thuật các dòng vật liệu tản nhiệt cho pin, hãy liên hệ AMS Việt Nam.
