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派克汉尼汾:用黑科技守护EV电池包

日期:2021/08/23   来源:机电商报   
  摘要:来自派克洛德的电气化解决方案让高能量密度电池包成为现实,为守护新能源车的安全贡献力量。

近年来,中国坚定不移地以纯电驱动为汽车产业政策导向,大力发展新能源汽车,成为全球汽车产业发展转型的重要力量之一。2020年10月,中国政府在其发布的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中明确提出,到2025年我国新能源汽车市场竞争力增强,动力电池等关键技术取得重大突破,安全水平全面提升。

作为新能源汽车的核心能量源,动力电池包肩负着为整车提供驱动电能的重任。国家相关部门对电池包的系统热管理十分重视,并重点强化电池系统热安全、机械安全、电气安全及功能安全要求。来自派克洛德的电气化解决方案让高能量密度电池包成为现实,为守护新能源车的安全贡献力量。

必不可少的热管理材料

电池发热量是电动汽车设计工程师密切关注的问题,它不仅会加速车辆零部件老化,还会降低电池充电率,导致充电时间增加。此外,如果锂离子电池温度过高,电池也容易受损。为了保护电池和周围的元件不受电池产生的热量影响,电动汽车设计中的热管理就显得尤为重要。

热管理材料采用多种导热技术制成,旨在快速散热并提高产品功率密度的上限。派克洛德通过CoolTherm  填缝材料、灌封材料、胶粘剂以及凝胶和润滑脂等系列热管理材料,助力全球电动及混合动力汽车制造商解决热管理问题,帮助电动汽车提高电池功率密度,加快充电速度,进而提升续航里程和可靠性。

填缝材料是一种可以导热的膏状材料,主要针对表面起伏或不平整的电子元件进行热管理。在电池中,即使两种基材看起来相互接触,也会存在肉眼看不见的空隙。当热量从电子组件传递到散热器时,空隙中的空气将使热量很难迅速传递到散热器。而填缝材料的作用正是填充这些微小气穴,加速热传递,减轻环境条件产生的影响,为产品提供电气绝缘,确保元件的稳定性。

填缝材料具有高触变性、无压力下不易流动的特性,非常有利于现场施工。通常,胶条先在水冷板上施工,无论是90度侧翻还是180度上下翻转,都不会发生胶条流淌或者变形,适用于液冷板(上板、下板、侧板)与电芯或者模组之间的传热。与导热垫片相比,在大面积应用中,CoolTherm  液态可固化的填缝材料不仅对部件产生低应力,还可降低热阻。

想象一个炎热的夏天,你试图用风扇来降温,但这显然不够。冷静一下,最佳方法是什么呢?跳进游泳池。在炎热的夏天跳进泳池泡着绝对是解暑的有效方案,因为水完全包围着你,可提供比空气更好的散热效果。派克洛德采用了同样的概念,并将其应用于电子产品的灌装和封装,这就是CoolTherm 灌封解决方案。

CoolTherm  灌封材料具有粘度低、自流平、不易沉降的特点,可对电芯形成一定的物理支撑,比如软包电池。由于粘度低流动性很好,因此灌封材料可通过一个小孔注入到电池模组中,并且能够自流平。除了适用于软包电芯与模组或液冷板之间的传热,也适用于其他电子元器件的保护和散热。它还能让电池在整个生命周期内免受外界灰尘、湿气及腐蚀性气体的侵蚀,并减小振动。

粘接材料即导热结构胶,集导热胶和传统结构胶的优点于一身,既能导热又具有非常出色的粘接力,可同时实现热管理和电池包结构粘贴的双重功能,最近几年越来越受国内主机厂和电池厂商的青睐。可以看到,从标准模组到大模组,从CTP到CTC,动力电池包的结构不断简化。结构创新在持续提高系统能量密度的同时,也要降低综合成本,而导热结构胶是实现以上述结构创新必不可少的材料。

作为布置在车底的大质量单体部件,电池包的结构强度必须适应复杂的用车环境,比如在车辆行驶过程中出现颠簸、振动以及发生热膨胀时,其粘接结构不会发生变形、开裂、脱胶等问题。由于长期使用,电池包结构还需要承受车身反复形变带来的长时间应力变化。导热结构胶可以大大提高电池包结构的粘接效果,满足电池包对安全及结构强度的需求;另一方面,导热结构胶可以替代导热和粘接两套系统,从而简化电池包的设计。

导热结构胶产品包括聚氨酯、丙烯酸和环氧等不同化学体系,导热率从0.8瓦到3瓦都有很成熟的产品和应用,整体的粘接强度还可根据客户的不同需求灵活调整,从3兆帕到10兆帕甚至15兆帕都可实现。此外,为满足不同客户的设计需求,材料的化学组成、导热率、流动性、固化速度及其他性能均可定制。值得一提的是,除了导热结构胶,派克洛德还可提供非导热的结构胶,该系列产品也具有优质的粘接力。CoolTherm 系列解决方案无疑将在电动汽车行业掀起新一轮的热界面材料技术革新。

满足防火安全及绝缘要求的涂料

在现实中,电动车电池正在变得越来越小,性能却越来越高,防火、绝缘需求也不断增长,因此对涂料提出更高的要求。基于这些需求,派克洛德可以有针对性地提供不同种类的涂料。

紫外固化/绝缘涂料主要为电芯或电池包外壳提供绝缘保护。在一个电池包中,排列着无数的电芯,电芯之间难免接触,如何保证电芯与电芯之间、电芯与外板以及电芯与电池包壳体间的绝缘呢?目前,各电池厂商多用PET膜包覆电芯以起到绝缘作用,同时避免电芯因相互碰撞产生破损。但是,PET膜有其先天的不足之处:它需要大量的人工操作,无法实现完全自动化生产;PET膜与盒体间粘结力低,导致气泡产生或者部分分离,从而降低绝缘和热传导性能;此外,PET膜的粘接也一直困扰着电池供应商。

派克洛德注意到这一现象,经过大量的研发试验,成功开发出一款替代性绝缘涂料——Sipiol  UV绝缘涂料。这款涂料经UV灯照射后可以迅速固化,具有抗电场极化和热击穿的性能,可以为电芯或电池包外壳提供绝缘保护;此外,出色的粘结力能确保良好的粘结效果;简便的涂装方式适合于自动化规模生产,安全环保,不含VOC。

随着设计工程师越来越多地使用轻型材料(铝材或者复合材料)打造汽车电池包,如果电动汽车用的锂离子电池和其他类型的电池没有适当保护,就很容易存在巨大的火灾隐患。人们亟需寻找一款防火阻燃涂料,与轻量化基材结合后,既能大幅减轻重量,又能为驾驶员和乘客提供防火和安全保护。

派克洛德的Sipiol  防火阻燃涂料应用于电池板上盖板内侧,只需薄薄的75微米,就能在基材和热源之间形成一道隔离屏障。该涂料遇到高温时发生膨胀,进而形成隔热保护层保护基材。它让铝材或复合材料替代沉重的钢质部件成为可能;能够减少火灾风险,延长从车内逃生的时间;在降低成本和复杂性的情况下改善安全性能。在对表面涂有Sipiol  防火阻燃涂料的3003铝材进行15分钟的火焰实验时,发现防火涂料的厚度5秒内就开始膨胀,在1200摄氏度的火焰温度下为基材提供了很好的保护。

作为供应商,派克洛德一直致力于满足客户对于高性能和稳定质量的需求。为了确保能够及时、经济地提供产品和服务,派克洛德在世界各地采用标准化流程生产热管理材料,并且扩大了在中国、欧洲和美国的生产能力。未来,派克洛德将和原始设备制造商一起向前迈进,所有这些朝着正确方向迈出的步伐将为电动汽车行业带来令人瞩目的成就。(何   珺