中國(guó)粉體網(wǎng)訊 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)。良好的散熱條件是動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和充電樁處于合適工作溫度的基本保障。采用高導(dǎo)熱絕緣材料能夠更加有效地降低各部件的溫度以及維持各部件的溫度一致，從而保證電動(dòng)汽車的核心部件“三電”與充電樁的安全性能與使用壽命。
高導(dǎo)熱絕緣材料在動(dòng)力電池中的應(yīng)用
高導(dǎo)熱硅橡膠在動(dòng)力電池中的應(yīng)用
導(dǎo)熱是電池系統(tǒng)熱傳遞的主要方式。常見的電池?zé)峁芾碇械目绽浜鸵豪溥@兩種冷卻方式都是先通過導(dǎo)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(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。
硅橡膠是以線型聚有機(jī)硅氧烷為基料，加入交聯(lián)劑、催化劑、抑制劑以及其他助劑，在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的網(wǎng)狀彈性體。硅橡膠作為高分子基體最大的優(yōu)勢(shì)就是高溫穩(wěn)定性，其本身的熱分解溫度能達(dá)到300℃。導(dǎo)熱硅橡膠賦予了硅橡膠的導(dǎo)熱能力，集成了硅橡膠減震、絕緣以及良好的導(dǎo)熱能力等，廣泛應(yīng)用于電力電子器件、航天航空、通信、LED照明、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。填充型導(dǎo)熱硅橡膠是在硅橡膠中加入大量高導(dǎo)熱填料形成的硅橡膠基微納米復(fù)合絕緣材料，包括導(dǎo)熱硅膠墊片、導(dǎo)熱硅凝膠。
在動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，導(dǎo)熱硅膠墊片與導(dǎo)熱填縫膠是常見的界面材料。導(dǎo)熱硅膠墊片是導(dǎo)熱材料先經(jīng)過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。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。
導(dǎo)熱相變材料在動(dòng)力電池中的應(yīng)用
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。相變材料是一種具備釋放和吸收相變潛熱功能的材料，在能量存儲(chǔ)與溫度控制方面有重要的應(yīng)用。相變材料控溫原理主要是利用相變材料在低溫狀態(tài)下的熔化、升華過程來吸收熱量，并在需要升溫時(shí)釋放儲(chǔ)存的熱量。
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)熱相變材料本身擁有非常好的熱能轉(zhuǎn)化能力但導(dǎo)熱能力卻有所缺乏，所以在實(shí)際應(yīng)用中，通常在導(dǎo)熱相變材料如石蠟中加入高導(dǎo)熱的填料制備復(fù)合導(dǎo)熱相變材料以填補(bǔ)其短板，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高效的熱傳導(dǎo)，通常采用的填料有氧化鋁、氮化硼以及氮化鋅等。
高導(dǎo)熱絕緣材料在驅(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)熱絕緣材料能夠?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。
部分商用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用定子繞組端部灌封工藝。國(guó)內(nèi)雖然有不少關(guān)于高導(dǎo)熱灌封樹脂（膠）的研究，但主要側(cè)重于電子元器件的灌封保護(hù)，適用于大尺寸電機(jī)定子繞組的高導(dǎo)熱灌封樹脂（膠）的研究尚處于起始階段。
目前使用的高導(dǎo)熱環(huán)氧灌封樹脂（膠），導(dǎo)熱系數(shù)約為1W/mK，灌封后電機(jī)定子形成一個(gè)整體，散熱和定子模態(tài)剛度與阻尼性能有所提升，溫升和振動(dòng)噪聲降低，防潮性、抗震性、耐電暈性能有所提升。但常規(guī)的導(dǎo)熱型環(huán)氧灌封樹脂（膠）存在粘度較高、流動(dòng)性差、密度大，用在汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)上尚存在灌封困難、增加汽車整車重量等問題。
針對(duì)上述問題，現(xiàn)在市面上已經(jīng)開發(fā)出幾款適用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組灌封的產(chǎn)品，該類產(chǎn)品具有較高的導(dǎo)熱性能（約1.0W/mK，個(gè)別已達(dá)2.0 W/mK），較低的熱膨脹系數(shù)（3.5×10-6/℃）以及較好的流動(dòng)性（400～800 mPa·s/90℃），同時(shí)阻燃性能可達(dá)UL94 V-0級(jí)。
但是，受制于現(xiàn)有技術(shù)及工藝，這類樹脂的應(yīng)用成本過高，灌膠設(shè)備價(jià)格昂貴，普及程度尚不高。并且，汽車運(yùn)行工況復(fù)雜，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，可能會(huì)因機(jī)械振動(dòng)等原因，出現(xiàn)樹脂開裂的情況，因此，還需進(jìn)一步深入研究高導(dǎo)熱、無鹵阻燃灌封樹脂（膠）制備技術(shù)，突破添加無機(jī)高導(dǎo)熱填料后粘度偏大、抗開裂及應(yīng)用工藝性不佳等問題以提高綜合性能。
國(guó)外公司已研發(fā)出性能優(yōu)異的高導(dǎo)熱環(huán)氧灌封樹脂體系，并在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)灌封領(lǐng)域得到應(yīng)用，代表企業(yè)有漢高、貝格斯、信越、住友等。美國(guó)EpoxiesEtc公司推出的一款阻燃導(dǎo)熱灌封膠，具有高導(dǎo)熱、低收縮和高絕緣的性能，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2.12 W/mK。
高導(dǎo)熱絕緣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。
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，導(dǎo)熱墊片的制備工藝技術(shù)非常簡(jiǎn)單并且產(chǎn)品制備流程較為成熟，目前在熱界面材料市場(chǎng)上占有非常大的份額。
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。導(dǎo)熱硅脂，一般由高導(dǎo)熱的固體作為填料，流動(dòng)性優(yōu)良兼有一定粘度的液體作為基體通過混合脫泡而成。目前最常用的導(dǎo)熱填料為無機(jī)填料，主要有金屬顆粒（銅、銀、鋅等）、氧化物類（氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅等）、氮化物類（氮化硼、氮化鋁等）以及碳材料（碳納米管、石墨烯等）。
與其他熱界面材料相比，導(dǎo)熱硅脂通常能提供更好的熱性能和更短的制造周期，它的熱導(dǎo)率大概在在3~5 W m-1K-1之間。導(dǎo)熱硅脂的粘度比較小，這可以使其輕易地填滿界面空隙，在使用過程中，它的粘結(jié)層厚度（BLT）也非常小，因此相應(yīng)的熱阻會(huì)隨之減小，其熱阻可以低至0.1 K cm2W-1。
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)
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題，發(fā)展高性能高導(dǎo)熱絕緣和封裝材料對(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。
參考來源：
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，北京交通大學(xué)
馬林泉等：電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用絕緣材料現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，桂林電器科學(xué)研究院有限公司
中國(guó)粉體網(wǎng)：高導(dǎo)熱絕緣材料“卡脖子”問題怎么破？
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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