中國粉體網(wǎng)訊  為了進一步解決能源及環(huán)境危機問題，以電力驅(qū)動的新型能源汽車在全球范圍內(nèi)得以全面推廣。然而，對電動汽車而言，因熱管理失控而導致的自燃成為威脅人們安全出行的重大隱患。

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事實上，電動汽車的熱管理系統(tǒng)比燃油車更加復雜。

電動汽車動力電池模塊、驅(qū)動電機和電控系統(tǒng)是電動汽車的三大核心部件，其在工作中會產(chǎn)生大量熱量，熱量不及時散發(fā)會降低各部件的性能和壽命，嚴重的可能會引起線路短路，造成車輛自燃。此外，充電樁的工作性能以及安全運行也與溫度密切相關。

為此，人們開發(fā)了一系列熱管理技術來提供良好的散熱條件，以保障動力電池、驅(qū)動電機和充電樁處于合適工作溫度。

而不管是哪種熱管理手段幾乎都離不開導熱材料對電動汽車熱管理的貢獻。

導熱材料在動力電池中的應用

熱失控是電池內(nèi)部出現(xiàn)放熱連鎖反應引起電池溫升速率急劇變化的過熱現(xiàn)象，發(fā)生時通常伴隨著冒煙、起火、爆炸等危害。尤其自2019年寧德時代推出CTP 技術以來，動力電池往大模組及無模組方向發(fā)展趨勢愈發(fā)明顯。而大電芯及大模組方案給鋰電池熱管理系統(tǒng)帶來更大的挑戰(zhàn)。

新能源汽車電池熱失控分析

常見的電池熱管理中的空冷和液冷這兩種冷卻方式都是先通過導熱將熱量從電池系統(tǒng)傳遞給冷卻管，再通過冷卻管將熱量傳遞到空氣中。為使冷卻管達到最佳的散熱效果，需要在冷卻管和電池之間填充高導熱界面材料，從而排除空氣，減少傳熱熱阻，顯著提升散熱效果。

高導熱材料在電池組中應用示意圖

在動力電池液冷式熱管理系統(tǒng)中，作為液冷板和模組/電芯的傳熱媒介，導熱材料主要有導熱墊片和導熱膠。

導熱硅膠墊片是導熱材料先經(jīng)過固化再切割成所需形狀，夾在兩個界面中，施加一定壓力使導熱硅膠墊片壓縮到設定的厚度，讓導熱硅膠墊片與電池的粗糙表面緊密接觸。

墊片與導熱膠的使用示意圖及導熱膠在模組-電芯中的應用

相反地，導熱填縫膠是先直接涂到兩界面之間，壓縮到設定厚度，再經(jīng)過固化使導熱填縫膠固化成型，填充兩界面之間的空隙，因此導熱填縫膠更能適應界面微觀尺寸的變化。當界面明顯不平時，如電池組界面，先填充后固化的導熱填縫膠填充效果優(yōu)于先固化后填充的導熱硅膠墊片。

除電芯-散熱板間需要溫度控制，電芯-電芯間也需要溫度管控。動力電池包由成百上千顆電芯有序放置，由于單體電芯自身內(nèi)阻，輸出電能的同時會產(chǎn)生熱量，電芯散熱條件的差異還會造成模組內(nèi)電芯溫差過大，從而降低電池性能，熱量的快速聚集還會導致模組熱失控。

電芯用導熱灌封膠

目前，電芯間常以導熱灌封膠進行散熱和溫度控制。導熱灌封膠具有一定的抗沖擊性和阻燃特性，可有效延緩甚至阻止熱量的快速蔓延與釋放，提升電芯之間的熱安全性。

最近幾年，相變材料在動力電池熱管理系統(tǒng)的應用逐漸受到學術圈和企業(yè)界的重視，相關的文獻和專利逐漸增多，并已有公司推出了商業(yè)化產(chǎn)品。

相變材料在電池組中應用模式

相變材料在動力電池中的應用模式主要有兩種：一種是動力電池直接放置在相變材料里；另一種是將電池單元夾在相變材料之間，形成三明治結(jié)構。目前，相變材料控溫已經(jīng)是動力電池組熱管理的研究熱點。

導熱材料在驅(qū)動電機中的應用

驅(qū)動電機是電動汽車的核心部件之一，高效率、寬調(diào)速、高密度是當前驅(qū)動電機的研究熱點，但溫度過高時，驅(qū)動電機的效率和壽命會明顯下降。使用高導熱材料能夠?qū)Ⅱ?qū)動電機工作時產(chǎn)生的熱量快速地傳導到外界，可降低驅(qū)動電機的工作溫度。

目前常以導熱膠對電機定子進行灌封，減小繞組與定子鐵心間的熱阻，消除定子槽中的氣隙、分散繞組端部熱量，降低電機長運行帶來的溫升。如在IGBT模組與冷片的接觸界面涂抹導熱硅脂等，將熱量傳遞給殼體外側(cè)，再以冷卻水散熱，防止IGBT模塊燒毀。

導熱材料在充電樁中的應用

為達到快速充電的要求，需提高充電樁的電壓與電流，導致充電樁產(chǎn)熱量大，往往是同體積的通信戶外機產(chǎn)熱量的數(shù)倍。在充電樁運行過程中必須采取一定措施進行散熱，避免造成事故。在充電樁內(nèi)的各模塊中采用高導熱絕緣材料能夠明顯提升模塊的散熱能力，從而提高充電樁整體的散熱能力。

充電樁的溫控管理

在電感模塊采用導熱墊片，可以將電感產(chǎn)生的熱量快速傳導到金屬散熱部件，并且導熱墊片還能起到減震的作用。

在充電樁中的芯片與散熱器中采用導熱硅脂，能夠填充界面處的縫隙、排出空氣，提高散熱能力。

在電源模塊采用灌封膠，提高電源模塊導熱能力的同時，還具有防水、防塵等優(yōu)點，提高了電源模塊的安全性與使用壽命。

小結(jié)

隨著我國對新能源汽車技術的不斷支持，發(fā)展以電動汽車為代表的新能源汽車成為了我國汽車發(fā)展的重要舉措并取得了顯著成果，被全球廣泛認為是一次成功的國家戰(zhàn)略。而電動汽車動力電池、電機電控、充電樁等部件都涉及到散熱問題，是目前“安全焦慮”的主要源頭之一，發(fā)展高性能高導熱材料對提升電動汽車部件的散熱能力和長期運行可靠性具有重要意義。

參考來源：

[1]田付強等.高導熱絕緣材料及其在電動汽車中的應用

[2]導熱材料篇：如何讓電動出行更安全？. 介電高分子材料

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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