배터리 팩 내부의 큰 온도 차이는 주행 거리, 고속 충전 효율 및 셀 수명을 직접적으로 감소시킵니다. 많은 팀이 이미 고성능 액체 냉각판을 채택하고 있지만 테스트 중에 여전히 핫스팟이 나타납니다. 실제로는 냉각판 자체가 아니라 인터페이스에서 열이 효율적이고 일관되게 전달될 수 있는지 여부가 한계인 경우가 많습니다.
TIM 선택에 대한 실용적인 4단계 접근 방식:
1. 대상을 정의합니다: 허용 가능한 셀 온도 차이 및 열 저항 예산.
2. 유형을 선택합니다: 구조와 사용성에 따라 패드, 젤 또는 접착제를 사용합니다.
3. 올바른 데이터를 확인합니다: 열 전도성뿐만 아니라 실제 압력에서의 열 저항에 중점을 둡니다.
4. 안정성을 확인합니다: 조립 기간 및 장기 사이클링 성능을 검증합니다.
실용적인 TIM 선택 접근 방식은 허용 가능한 셀 온도 차이와 시스템의 열 저항 예산을 정의하는 것으로 시작됩니다. 업계 연구에서는 일반적으로 다음과 같은 팩 수준 온도 차이를 참조합니다. 5 °C 을 성능 및 에이징 제어를 위한 일반적인 설계 목표로 삼아야 합니다. 목표가 명확해지면 배터리 구조 및 서비스 전략에 맞게 TIM 유형을 조정해야 합니다. 최종 결정의 우선 순위는 다음과 같아야 합니다. 실제 접촉 압력 하에서 측정된 열 저항, 공칭 재료 특성에만 의존하지 않고 조립 및 장기 신뢰성 테스트를 통해 검증합니다.
액체 냉각판의 냉각 용량을 최대한 활용하기 위해 다음 섹션에서는 기능부터 검증까지 단계별로 TIM을 선택하는 방법을 설명합니다.
액체 냉각 시스템은 열 전달 경로로 작동합니다. 열은 셀에서 액체 냉각판으로 흐른 다음 냉각수에 의해 제거됩니다. 하지만 셀(또는 모듈)과 냉각판 사이의 접촉면이 완벽하게 평평할 수는 없습니다. 미세한 공극이 필연적으로 존재하며 공기는 열전도율이 매우 낮은 열전도체입니다(약 0.026 W/m-K 실온에 가깝게), 작은 공극도 인터페이스 저항을 높이고 핫스팟을 생성할 수 있습니다.
TIM의 핵심 역할은 간단하고 명확합니다:
실제 프로젝트에서 잘 설계된 냉각판이 여러 빌드에서 일관되지 않은 열 결과를 제공하는 경우가 종종 있습니다. 근본 원인은 대개 불안정한 인터페이스 접촉입니다. 적절하게 선택된 TIM은 냉각판의 냉각 성능을 일관되게 전달할 수 있습니다. 그러나 부적합한 TIM은 열 장벽처럼 작용하여 냉각판이 설계된 대로 작동하지 못하게 할 수 있습니다.
열전도도 값으로 시작하는 대신, 구조부터 시작하는 것이 좋습니다. 배터리 팩이 모듈식인가요, 아니면 CTP(셀 투 팩)인가요? 서비스 용이성이 필요합니까, 아니면 인터페이스가 영구적으로 접착되어 있습니까? 이러한 질문을 통해 적합한 TIM 카테고리를 빠르게 좁힐 수 있습니다.
| TIM 유형 | 일반적인 애플리케이션 | 주요 이점 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|---|
| 써멀 갭 패드 | 모듈식 팩, 정의된 간격, 서비스 가능한 설계 | 두께 조절, 간편한 조립, 우수한 전기 절연성 | 과도한 압축은 냉각판에 스트레스를 줄 수 있으며, 장기간의 압축 세트는 |
| 써멀 젤 / 갭 필러 | 큰 공차 변동, 낮은 조립 압력 | 뛰어난 표면 적합성, 낮은 접촉 저항 | 프로세스 제어 필요; 펌프 아웃 및 오버플로 관리 |
| 열 접착제 | CTP 또는 구조 본딩 설계 | 열 전달과 기계적 고정 결합 | 재작업 불가, 엄격한 표면 청결 유지 필요 |
XD THERMAL에서는 서비스 가능성 를 TIM 선택의 기본 필터로 사용하세요. 향후 유지보수가 필요한 모듈식 설계의 경우 냉각판을 손상시키지 않고 분해할 수 있는 열 패드 또는 젤을 권장합니다. 반대로 최대 체적 효율과 강성을 목표로 하는 CTP 설계의 경우 구조용 접착제를 주로 사용하며, 일반적으로 재작업 경로 없이 기계적 하중을 전달하기 위해 인터페이스를 의도적으로 접착합니다.
실제로 이러한 접착제를 “포팅” 재료와 구별하는 것이 중요합니다. 일반적인 캡슐화에는 유용하지만, 포팅은 열 저항이 높고 재작업이 매우 어렵기 때문에 1차 냉각판 인터페이스로는 거의 권장되지 않습니다.
열전도율(W/m-K)은 사람들이 가장 먼저 보는 수치이지만, 이 수치만으로는 모든 것을 알 수 없습니다. 배터리 애플리케이션에서 성능을 결정하는 진정한 요소는 다음과 같습니다. 시스템 수준의 열 저항 실제 조립 조건에서 시간이 지나도 성능이 얼마나 안정적으로 유지되는지 확인합니다.
권장 평가 우선순위:
흔히 오해하는 것은 열전도율이 높으면 항상 냉각 성능이 좋다는 것입니다. 실제로는 하이케이 소재가 제대로 작동하려면 더 높은 압력이 필요한 경우가 많습니다. 접촉 압력이 제한되어 있는 경우 공칭 전도도가 낮은 부드러운 소재가 더 낮은 열 저항을 제공할 수 있습니다. 가장 효과적인 접근 방식은 다음과 같이 정의하는 것입니다. 목표 간격 및 허용 압력 우선, 를 클릭한 다음 해당 창 내에서 가장 성능이 좋은 자료를 선택합니다.
TIM 성능은 다음에 따라 크게 달라집니다. 사용 방법 재료 자체에서와 마찬가지로. 액체 냉각판의 지지 인터페이스인 TIM은 통제된 기계 환경 내에서 작동해야 합니다. 프로토타입 단계에서 조립 창을 정의하는 것은 대량 생산의 일관성을 위해 필수적입니다.
일관된 TIM 성능을 보장하기 위해 제조업체는 네 가지 주요 어셈블리 제어 기능을 구현해야 합니다. 첫째, 간격 제어 는 냉각판 평탄도 및 모듈 공차의 총 스택 업을 엄격하게 계산해야 합니다. 이는 다음에서 지원됩니다. 압력 제어, 를 사용하여 기계적 정지 또는 토크 제한을 통해 과도한 압축을 방지합니다. 동시에, 표면 제어 는 적절한 습윤을 위해 깨끗하고 호환 가능한 인터페이스를 보장합니다. 프로세스 제어 젤의 디스펜싱 경로를 최적화하여 단열재 역할을 하는 기포가 갇히지 않도록 합니다.
기계적 정지 기능은 특히 효과적입니다. 압축 범위를 고정하여 열 저항을 안정화하고 내부 흐름 채널을 제한하고 압력 강하를 증가시킬 수 있는 변형으로부터 냉각판을 보호합니다. 젤 기반 시스템의 경우 기포는 단열재를 열 경로로 효과적으로 재유입하는 반면 과도한 오버플로는 민감한 부품을 오염시킬 수 있으므로 적극적으로 관리해야 합니다.
많은 열 솔루션이 초기에는 우수해 보이지만 수개월이 지나면 성능이 저하됩니다. TIM 재료는 열 순환 및 기계적 부하에서 크리프, 이완 및 마이그레이션을 경험합니다. 따라서 검증은 초기 성능 측정 이상으로 진행되어야 합니다.
열 성능이 저하되면 압축 범위를 확인하고, 재료 상태를 검사하고, 펌프 아웃이나 공극을 찾는 등 인터페이스에서 문제 해결을 시작해야 합니다. 인터페이스 문제가 배제된 후에야 냉각수 흐름과 같은 시스템 수준의 요인을 다시 검토해야 합니다. XD THERMAL에서는 냉각판과 TIM을 단일 열 네트워크로 평가하여 후기 단계의 위험을 줄입니다.
올바른 유형, 검증된 내열성, 제어된 조립 기간, 장기 검증 등 시스템 수준의 접근 방식을 사용하여 TIM을 선택하면 액체 냉각판이 배터리 수명 내내 안정적인 성능을 제공할 수 있습니다.
