Elektrikli araç (EV*) bataryalarının temel amaçlarından biri, olabildiğince küçük bir hacimde
fazla güç üretmektir. Ancak dar hacimde güç yoğunluğu arttıkça ısı üretimi de artar, özellikle arıza durumunda kontrolsüz ısı üretimi güvenlik riski oluşturur.

Tüm arıza koşullarında dahi güvenli durumunu muhafaza eden yüksek performanslı bir batarya modülü tasarlamak, termal yönetim bakımından dikkatli olmayı gerektirir. Termal yönetimin sağlıklı bir şekilde yapılmasını sağlayan tasarımlara ek olarak, daha da iyi koruma oluşturmak için batarya üretiminde kapsüller arası yalıtım yöntemleri kullanılması gerekli görülmektedir.

Termal yönetim nedir ve neden önemlidir?
Sıcaklık, bir batarya hücresinin ya da elektronik komponentin uzun ömürlülüğü, verimliliği ve güvenliğinde büyük bir rol oynar. Sıcaklığın sabit tutulması ve eşit olarak dağıtılması gereklidir. Buna rağmen pek çok farklı nedene bağlı olarak aşırı ısı meydana geldiği için güvenilir termal yönetim, üreticiler açısından güçlük oluşturmaktadır.

EV batarya performansını artırmak ve ağırlığı azaltmak için batarya hücreleri daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip olacak şekilde tasarlandığından daha küçük bir alanda daha fazla ısı üretilmesine neden olur.

Elektronik komponentler küçültülür, işlevler entegre edilir, bu sayede daha fazla öğe baskılı devre kartlarına (PCB’ler) ve sınırlı alanlara sığar. Ancak PCB’ler ne kadar kompakt ve güçlü olursa, o kadar fazla ısıya neden olurlar.

Termal yönetim, bir bataryadan ya da elektronik komponentten gelen aşırı ısıyı güvenli bir şekilde dağıtır, bu sayede verimli çalışma sağlar ve yanmanın önüne geçer.

• EV bataryalarında bu işlem genellikle parçanın boşluk doldurucu olarak da bilinen termal
mastikle (TIM) sarılmasını ya da kapsüllenmesini içerir.

• Elektronik cihazlarda ise TIM genellikle doğrudan elektronik komponentlerin yüzeyine
dağıtılır.

• Batarya içi kapsüller arası yalıtım köpükleri kullanılır.

Devre kartlarının aşırı ısınmasının önlenmesi için ısının uzaklaştırılması

Isı, elektronik cihazın içindeki çok küçük hava boşluklarında birikerek devre kartının aşırı
ısınmasına ve çalışmayı durdurmasına yol açabilir. İşte bu noktada termal mastikler devreye
girmektedir. TIM bu hava boşluklarını doldurur, bu sayede ısı hızlı bir şekilde ısıyı üreten komponentlerden ısıyı dağıtan komponentlere doğru aktarılır.

Bu da elektronik cihazı en uygun sıcaklık aralığında tutar ve bu sayede cihaz daha uzun
süre çalışır ve dayanıklılık gösterir. Termal olarak iletken arayüz malzemelerinin
viskozitesi oldukça yüksektir ve pompalar, miller ve contalar gibi ekipmanın ıslanan kısımlarında aşırı aşınmaya neden olan oldukça aşındırıcı dolgu maddeleri içerir.

Geleneksel dağıtım sistemleri, üretim dayanıklılığı gereksinimlerini karşılamaz, bu da duruş sürelerinde ve ekipman bakım maliyetlerinde artışa yol açar. Pompaların, millerin ve contaların sık sabitlenmesi ya da değiştirilmesi, üretimde çok fazla duruş süresine ve bakım maliyetlerine yol açar.

Termal açıdan iletken olan malzemelerin doğru şekilde karıştırılması ve uygulanması da zorlayıcı olabilir. Bu macunlar genellikle hassas ve orantılı dağıtım gerektiren iki komponentli malzemelerdir.

Aynı zamanda uygulamalar büyük hacimlerde malzeme gerektirdiğinden, hava boşluklarını veya taşmayı önlemek için uygun ve eşit miktarlarda malzemenin dağıtılması çok önemlidir.

Termal mastik (TIM’ler) uygulamalarında aşağıdaki gereklilikleri karşılayan dağıtım sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır:

• En zorlu koşullara dayanan, aşınma mukavemetine sahip komponentler,

• Alçak ya da yüksek debi uygulamaları için malzemeyi doğru şekilde dağıtan hassas ve yinelenebilir dağıtım,

• Sorunları duruş süresine sebep olmadan önce teşhis eden veri indirmeleri (süreç verileri ve iş günlükleri),

• Otomasyon ekipmanlarına kolay entegrasyon.

Termal mastik uygulaması yanında hücreler arası yalıtım sağlamak için silikon, silikon köpük, epoksi, epoksi köpük ve poliüretan köpük gibi iki komponentli malzemeler karıştırılır ve hücreler arasındaki mekansal boşlukları doldurmak için modüle dağıtılır.

Hücrelerin bu özel malzemelerle kapsüllenmesi, ısıl sürüklenmeyi ve ısıl yayılmayı önleyebilir ve normal kullanım koşulları altında mekanik şok ve titreşimi azaltabilir. Bu geliştirmeler sayesinde güvenlik, mekanik kararlılık ve uzun vadeli pil performansında iyileştirmeler sağlanır.

Kapsülleme köpüğü, ısıl yayılmayı önlediği ve paketin her bir hücresini mekanik olarak sabitlediği için yukarıda bahsedilen zorluklara karşı koymak açısından kritik öneme sahiptir. Ancak, malzemenin işlenmesi ve uygulanması başka endişeler yaratabilir.

İki komponentli malzemelerin yetersiz oranda ve/veya uygun olmayan şekilde karıştırılması, homojen olmayan köpük oluşumuna neden olarak performansı olumsuz etkileyebilir. Akışkan tedariki ayrıca malzeme hacminde yetersizliğe veya fazlalığa yol açarak ürün kaybına neden olabilir.

Bu aşamalarda Graco firmasının farklı sistem çözümleri devreye girmektedir. Gerek iki
bileşenli kimyasallarda karışım oranı, gerek ise uygulanması gereken doğru miktarlar için dozaj hassasiyeti yüksek ekipmanlar sunulmaktadır.

Bu ekipmanlar aşırı aşındırıcı etkilere sahip TIM uygulamalarında dahi aynı hassasiyeti sağlamak üzere özel malzeme ve tasarımlara sahiptir.

*EV : Electric vehicle (Elektrikli araç)
Graco web sitesinden alıntılar yapılmıştır.

Haldun Bakkal
Boya – Mastik Uygulama ve Sıvı Transfer Ekipmanları
Satış Müdürü
Genmar