La régulation thermique dans la fabrication des batteries pour VE et d’appareils électroniques

Aujourd’hui plus que jamais, les batteries pour véhicules électriques (VE) et les appareils électroniques doivent durer plus longtemps, mieux fonctionner et garantir la sécurité. Pour répondre à ces exigences toujours croissantes, une régulation thermique fiable est essentielle.

Plus vous accumulez de puissance et de capacité dans un petit espace, comme une cellule de batterie ou une carte de circuit imprimé, plus vous générez de chaleur. La régulation thermique dissipe uniformément la chaleur excessive d'une batterie ou d'un composant électronique afin que ces éléments fonctionnent correctement et ne prennent pas feu.

• En ce qui a trait aux batteries pour VE, cela implique généralement de recouvrir ou d'envelopper la pièce d’un matériau d'interface thermique, également appelé « agent de remplissage ».
• Pour les appareils électroniques, le matériau d'interface thermique est généralement distribué directement sur la surface des composants électroniques.

La température joue un rôle très important dans la longévité, l'efficacité et la sécurité d'une cellule de batterie ou d'un composant électronique.

• Si la température est trop basse, la puissance, la capacité ou les performances peuvent diminuer.
• Si la température est trop élevée, une dégradation peut se produire, ce qui réduit le cycle de vie du produit. Trop de chaleur peut également entraîner des risques liés à la sécurité qui peuvent avoir des conséquences catastrophiques.

Il est conseillé de maintenir la température constante et uniformément répartie. Pourtant, une régulation thermique fiable met les fabricants au défi car une chaleur excessive apparait pour de nombreuses raisons différentes.

C’est pourquoi les batteries et les appareils électroniques doivent être conçus avec un système de régulation thermique qui protège contre la surchauffe tout en guidant la chaleur en toute sécurité loin des composants essentiels.

Les batteries pour véhicules électriques et les appareils électroniques peuvent surchauffer, provoquant parfois des événements thermiques, et ceci à cause d'une surcharge, d'une décharge rapide ou de facteurs environnementaux. La constante optimisation expose très souvent la régulation thermique à des risques.

• Afin d’accroître les performances des batteries et de réduire leur poids, les cellules de batterie présentent une densité énergétique plus élevée qui se traduit par une plus grande quantité de chaleur générée dans un plus petit espace.
• Afin d’augmenter leur vitesse et diminuer leur taille, les composants électroniques sont miniaturisés et leurs fonctions intégrées, de sorte que plus d’éléments tiennent sur les cartes de circuits imprimés (CCI) et dans les espaces réduits. Plus les cartes de circuits imprimés sont compactes et puissantes, plus elles génèrent de la chaleur.

Lors de l’assemblage d’une batterie, de grands volumes de matériaux d’interface thermique, également appelés « agents de remplissage », sont distribués entre le circuit de refroidissement et les modules/cellules de la batterie. 

Les matériaux d’interface thermique contiennent des agents très abrasifs dont les caractéristiques de conductivité thermique permettent à la chaleur d’être dissipée des éléments ou du module de la batterie vers le circuit de refroidissement.

Une carte de circuit imprimé (CCI) rassemble parfois de nombreux composants, et mis côte à côte, ils génèrent beaucoup de chaleur. Les micropuces, les condensateurs, les connecteurs, les résistances et autres composants sont montés sur les surfaces supérieures et inférieures.

La chaleur peut s'accumuler dans de tous petits espaces vides à l'intérieur de l'appareil électronique, provoquant une surchauffe de la carte de circuit imprimé et l'arrêt de l’appareil. C'est ici que le matériau d'interface thermique entre en jeu. 

Ce matériau remplit les espaces vides, de sorte que la chaleur   passe rapidement des composants générateurs de chaleur aux composants de dissipation de la chaleur. Cela maintient l'appareil électronique dans une plage de température optimale, pour qu'il fonctionne et dure plus longtemps.

Les matériaux d'interface thermique sont très épais et pâteux. Ils contiennent également des particules hautement abrasives qui peuvent être aussi résistantes que les diamants. Cette combinaison s'use rapidement et endommage les systèmes de distribution industriels traditionnels. L’entretien et le remplacement fréquent des pompes, des arbres et des joints d’étanchéité entraînent beaucoup de temps d'arrêt de production et des coûts de maintenance.

Bien mélanger et appliquer les matériaux à forte conductivité thermique peut également s’avérer difficile. Les pâtes sont souvent des matériaux à deux composants qui nécessitent une distribution précise et bien dosée. Il est très important de distribuer des quantités appropriées et égales afin d’éviter les espaces vides ou le débordement.

Pour alimenter les chaînes de fabrication de batteries et d’appareils électroniques avec des matériaux d'interface thermique, les systèmes de distribution doivent respecter les exigences suivantes :

• offrir des composants résistants à l'abrasion qui résistent aux conditions les plus difficiles;
• offrir une distribution précise et reproductible qui distribue correctement le matériau pour des applications à débit faible ou élevé;
• proposer le téléchargements de données; des données de processus et des journaux de tâches, qui identifient les problèmes avant qu'ils ne causent des temps d'arrêt; et
• offrir une intégration simple aux équipements d’automatisation.