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一粒金砂(初级)

案例分享:新能源电动车锂电池的重要部件散热,对应的导热材料推荐 [复制链接]

       锂电池由于高能量、高充放电性能而普遍应用在电动车产业,其中又以18650锂电池(直径为18毫米,高度为65毫米)为常见,但锂电池有工作温度限制,超出工作温度会有充放电效率不彰以及热失控。

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Tesla所用panasonic生产的18650锂电池

 

       电池模块:

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       以Tesla的充电站以113.1ºF(45ºC)为温度墙,超过温度墙便会降载充电功率以保持工作温度在温度墙内。

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图为1S72P18650电池组1C放电下的温度变化

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图为1S72P以1C放电高温度IR量测

 

       当电池发热量越大,不均匀程度越高,而高温电池的材料衰减速率大于低温电池,一般需要控制温差小于5ºC 
       一台Tesla Model S 有 7104 颗 18650 电池,要同时维持7104颗温度的一致性是相当浩大的工程。

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       Z-Foam™ 800系列是兆科公司的导热硅胶泡棉密封垫专为高温高压密封中的应用。我们有不同的厚度和硬度,提供材料灵活的选择。同时也可与玻璃纤维加固增加的尺寸稳定性和撕裂强度增加。
       产品特性:
       耐高温 200°C。
       密封性能好。
       紫外线和耐臭氧性。
       良好的缓冲及高压缩量。
       压缩后恢复良好。

 

       为了测试出不同材料可否预防热失控,还建立一个小型的18650电池包(10S4P)进行钻刺测试---评估车辆因交通意外事故而导致电池遭受尖锐物穿刺的情况下,是否会发生炸裂与起火。

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钻刺测试实际图

       电池直接接触产生热传递的材质会直接影响均温性与传热 (有PCC & NO pcc的温度比较)

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       TIS680AB是一种双组份、高导热性、可室温固化、较长工作时间、有防火性能的导热硅胶灌封胶。它特别适用于电容器,小型电子器材的灌封。它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。
       产品特性:
       良好的热传导率: 2.8W/mK。
       良好的绝缘性能,表面光滑较低的收缩率。
       较低的粘度,易于气体排放。
       良好的耐溶剂、防水性能。
       较长的工作时间。
       优良的耐热冲击性能。
       优良的导热性。

 

       不同填充物的材料比较:

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       Air=缓冲材料
       Graphite =石墨
       Wax=蜡
       PCC=聚碳酸酯

 

       电池过热造成现象:

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       电池包的排列与组成:

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       车用电池模块结构图:

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       传统热管分三部分:
       蒸发部
       冷凝部
       绝热部

       脉冲式热管也同样包含这三个部分,但是脉冲式热管是包含许多弯折部份的弯管,并且因为管径达毛细尺度,内部没有任何毛细结构,大幅降低制造成本。 
       毛细管尺寸主要目的是让工作流体藉由表面张力,使工作流体分布在在管内形成气体与液体相连的状况。
       当蒸发端的蒸气块压力变大时,会压缩冷凝端的气块压力减少,在脉冲热管中,蒸发端与冷凝端两端压差会造成蒸气块与液体柱的摆荡,造成良好循环做散热。

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       TIS™100-08-1150 是新能源汽车圆柱力电池液冷pack专用导热带,导热绝缘硅胶挤出材料是效能高的绝缘产品,具备导热性能。它是将绝缘性的硅胶基材加入到导热材料当中去,从而达到既能绝缘又能导热的效果。
       产品特性:
       良好的热传导率: 0.8W/mK。
       表面较柔软。
       高压绝缘,低热阻。
       良好抗电介质强度。
       抗撕裂,抗穿刺。

       结论:
       1、为了避免18650锂电池发生化学不稳定导致热失控的现象,温度控制非常重要,因此散热设计与导热材料选用就非常重要。
       2、散热设计不良的情况下,在高电流充电时18650电池温度容易超过45ºC,以Tesla充电站标准则会降百分之二十五充电会影响充电速度,固有良好的散热系统能有效缩短充电时间。

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