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[资料分享] 电池包工艺的导热硅胶的几种使用方式

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发表于 2018-4-15 21:37:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2018-4-15 21:37 编辑

      在各种导热胶中,这里的各种主要指环氧树脂导热胶,有机硅导热胶和聚氨酯导热胶,综合性能最好的当属导热硅胶,最初是为了满足电子电路不断升级的器件功率散热需求发展而来的。发热功率高的器件,如果不能均匀散热,出现高热点,则可能给器件带来致命的损坏。因此,一个典型的应用形式是像下面图中这样。
动力电池包工艺系列——导热硅胶的n种使用方式.png


    像再下面那张图那样的。而在动力电池中探索各种目的的应用,历史并不长。今天整理一下导热硅胶在动力电池系统中的应用形式。形式肯定不够全面,待来日补充。


硅胶特性


    有机硅胶材质较软,有固体橡胶和硅凝胶两种形态,能够消除大多数的机械应力并起到减震保护效果。物理化学性质稳定,具备较好的耐高低温性,可在-50~200℃范围内长期工作。优异的耐候性,在室外长达20年以上仍能起到较好的保护作用,而且不易黄变。具有优异的电气性能和绝缘能力,灌封后有效提高内部元件以及线路之间的绝缘,提高电子元器件的使用稳定性。具有的返修能力,可快捷方便的将密封后的元器件取出修理和更换。硅胶片,可以将器件上的热量均匀导出,避免热量过度集中造成的危害。


      有机硅材料在散热中起到的做用,主要是使发热器件和散热材料接触得更加紧密。我们都知道,散热材料一般都是使用导热系数高的金属材料铝、铜,发热器件通常也是固体。固体和固体之间的接触,表面有很多的缝隙,使得它们之间的导热效果变差,如果在它们的接触界面涂上一层柔软、导热性好的界面材料,就能够解决这个问题。有机硅恰好就具备这两种特性的材料。


导热硅胶典型产品和参数


     具体到动力电池系统中,硅胶的应用形态主要包括灌封胶,硅胶片,硅脂,粘接胶几种形式。下面列举几种典型硅胶制品的参数在下面,需要强调的是,只是个别典型产品参数。不过没有找到特别合适的动力电池对应应用的图片,电子产品的图辅助理解。
1)导热灌封硅胶


对比三种灌封胶可以发现,硅胶的密度可以做的最低。低比重,可拆卸,是导热硅胶更适合于动力电池系统应用的重要特性。
动力电池包工艺系列——导热硅胶的n种使用方式2.png


颜色:白、黑色粘稠液体;应用领域:汽车电子、模块、LED电源驱动模组、太阳能组件接线盒、电动车充电柱模块、锂电池组、电容组、磁感线圈、逆变电源。


动力电池包工艺系列——导热硅胶的n种使用方式3.png
动力电池包工艺系列——导热硅胶的n种使用方式36.png




环氧树脂



颜色:黑或白色流体;用于金属粘接、电机产品铁芯粘接、电力电抗器灌封、软磁单元灌封、耐高温传感器灌封等。




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 楼主| 发表于 2018-4-15 21:37:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2018-4-15 21:36 编辑

2)导热硅脂
360截图20180415212618793.jpg
颜色:白色液状;导热率:1.2--2.5W/m.K;低沉降, 室温储存;应用领域:功率模块、集成芯片、电源模块、车用电子产品、电讯设备、计算机及其附件。
360截图20180415212656021.jpg


3)导热粘接密封硅胶
颜色:膏体白色;减轻机械、热冲击和震动引起的机械应力和张力;电绝缘性能优异、防电晕;户外老化性优异、使用寿命可达20-30年;在-60-260℃间稳定的机械和电气性能;应用领域:LED灯具密封; 汽车电子元件散热;PCB板及电子元器件散热定位密封;大功率带电器件缝隙填充。
360截图20180415212809959.jpg
4)导热硅胶片
360截图20180415212913679.jpg
硅胶在动力电池系统中的应用

目前应用在整车热管理的界面有机材料中可分为两种类型,一种是导热垫片,另外一种是导热填缝材料。圆柱、方形、软包电池,不同类型电芯,利用硅胶散热的形式也不尽相同。

硅胶片取用方便,生产不需要特别的设备;而使用灌封胶或者硅脂,则需要专用设备涂胶或者注射。在应用效果上,可以用下图来说明。
质地越软的导热材料,与被冷却件和散热器等具有固定形状的器件贴合越紧密,导热效果也会越好。
360截图20180415213033765.jpg




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 楼主| 发表于 2018-4-15 21:37:14 | 显示全部楼层
1)圆柱形动力电池用胶


(1)电芯与电芯间灌封


导热灌封硅胶,灌封胶层柔韧,减震效果好,对故障电池起到延缓热失控过快传播的总用,导热系数可调节,但缺点是整体灌封大幅增加电池组与整车重量,并增加成本。相对而言,硅胶密度较低,如果采用这类工艺,硅胶是个好选择。


360截图20180415213252986.jpg




(2)圆柱形电池底部的粘接固定


360截图20180415213316003.jpg




(3)硅胶片在电芯周围缠绕的方式


360截图20180415213336755.jpg




2)方形动力电池用胶解析


对于方形电池,有机硅界面材料多数被用在方形电池底部和系统散热结构之间,使电池和散热结构更好地接触。


(1)电池壳体粘接


360截图20180415213406848.jpg




(2)电芯铝壳之间连接


360截图20180415213429326.jpg






(3)铝壳电芯之间放置硅胶片


360截图20180415213455390.jpg




3)软包动力电池用胶解析


电芯与电芯之间的粘接






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 楼主| 发表于 2018-4-15 21:37:15 | 显示全部楼层
一个提高圆柱形电池利用硅胶散热的专利


在圆柱、方形、软包三大类电池中,由于模组形状较为复杂,圆柱型电池利用硅胶材料散热,生产中效率被拉低,因此圆柱电池应用硅胶散热的实际案例较少。最近看到的一个专利恰好解决这个问题。


总的来说,专利的意图是,针对形状复杂的应用场景,可以将硅胶材料提前模具成型。华霆动力2017年申请的一项发明专利,描述了一种模具成型导热硅胶件的方法,流程如下:


360截图20180415213629085.jpg


模具示意图如下:


360截图20180415213715592.jpg


制成的硅胶导热件形式如下:


360截图20180415213812107.jpg




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