中國(guó)粉體網(wǎng)訊  為了進(jìn)一步解決能源及環(huán)境危機(jī)問(wèn)題，以電力驅(qū)動(dòng)的新型能源汽車在全球范圍內(nèi)得以全面推廣。然而，對(duì)電動(dòng)汽車而言，因熱管理失控而導(dǎo)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(shí)上，電動(dòng)汽車的熱管理系統(tǒng)比燃油車更加復(fù)雜。

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電控系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的三大核心部件，其在工作中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，熱量不及時(shí)散發(fā)會(huì)降低各部件的性能和壽命，嚴(yán)重的可能會(huì)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(yùn)行也與溫度密切相關(guān)。

為此，人們開(kāi)發(fā)了一系列熱管理技術(shù)來(lái)提供良好的散熱條件，以保障動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(kāi)導(dǎo)熱材料對(duì)電動(dòng)汽車熱管理的貢獻(xiàn)。

導(dǎo)熱材料在動(dòng)力電池中的應(yīng)用

熱失控是電池內(nèi)部出現(xiàn)放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫升速率急劇變化的過(guò)熱現(xiàn)象，發(fā)生時(shí)通常伴隨著冒煙、起火、爆炸等危害。尤其自2019年寧德時(shí)代推出CTP 技術(shù)以來(lái)，動(dòng)力電池往大模組及無(wú)模組方向發(fā)展趨勢(shì)愈發(fā)明顯。而大電芯及大模組方案給鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。

新能源汽車電池?zé)崾Э胤治?/p>

常見(jiàn)的電池?zé)峁芾碇械目绽浜鸵豪溥@兩種冷卻方式都是先通過(guò)導(dǎo)熱將熱量從電池系統(tǒng)傳遞給冷卻管，再通過(guò)冷卻管將熱量傳遞到空氣中。為使冷卻管達(dá)到最佳的散熱效果，需要在冷卻管和電池之間填充高導(dǎo)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(dǎo)熱材料在電池組中應(yīng)用示意圖

在動(dòng)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(dǎo)熱材料主要有導(dǎo)熱墊片和導(dǎo)熱膠。

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

墊片與導(dǎo)熱膠的使用示意圖及導(dǎo)熱膠在模組-電芯中的應(yīng)用

相反地，導(dǎo)熱填縫膠是先直接涂到兩界面之間，壓縮到設(shè)定厚度，再經(jīng)過(guò)固化使導(dǎo)熱填縫膠固化成型，填充兩界面之間的空隙，因此導(dǎo)熱填縫膠更能適應(yīng)界面微觀尺寸的變化。當(dāng)界面明顯不平時(shí)，如電池組界面，先填充后固化的導(dǎo)熱填縫膠填充效果優(yōu)于先固化后填充的導(dǎo)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(dòng)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(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，電芯散熱條件的差異還會(huì)造成模組內(nèi)電芯溫差過(guò)大，從而降低電池性能，熱量的快速聚集還會(huì)導(dǎo)致模組熱失控。

電芯用導(dǎo)熱灌封膠

目前，電芯間常以導(dǎo)熱灌封膠進(jìn)行散熱和溫度控制。導(dǎo)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(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的應(yīng)用逐漸受到學(xué)術(shù)圈和企業(yè)界的重視，相關(guān)的文獻(xiàn)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(yīng)用模式

相變材料在動(dòng)力電池中的應(yīng)用模式主要有兩種：一種是動(dòng)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(gòu)。目前，相變材料控溫已經(jīng)是動(dòng)力電池組熱管理的研究熱點(diǎn)。

導(dǎo)熱材料在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的應(yīng)用

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車的核心部件之一，高效率、寬調(diào)速、高密度是當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究熱點(diǎn)，但溫度過(guò)高時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率和壽命會(huì)明顯下降。使用高導(dǎo)熱材料能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速地傳導(dǎo)到外界，可降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作溫度。

目前常以導(dǎo)熱膠對(duì)電機(jī)定子進(jìn)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(jī)長(zhǎng)運(yùn)行帶來(lái)的溫升。如在IGBT模組與冷片的接觸界面涂抹導(dǎo)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(dǎo)熱材料在充電樁中的應(yīng)用

為達(dá)到快速充電的要求，需提高充電樁的電壓與電流，導(dǎo)致充電樁產(chǎn)熱量大，往往是同體積的通信戶外機(jī)產(chǎn)熱量的數(shù)倍。在充電樁運(yùn)行過(guò)程中必須采取一定措施進(jìn)行散熱，避免造成事故。在充電樁內(nèi)的各模塊中采用高導(dǎo)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(dǎo)熱墊片，可以將電感產(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)到金屬散熱部件，并且導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱能力的同時(shí)，還具有防水、防塵等優(yōu)點(diǎn)，提高了電源模塊的安全性與使用壽命。

小結(jié)

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

參考來(lái)源：

[1]田付強(qiáng)等.高導(dǎo)熱絕緣材料及其在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

[2]導(dǎo)熱材料篇：如何讓電動(dòng)出行更安全？. 介電高分子材料

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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