电池包工艺的导热硅胶的几种使用方式

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      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。



    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。



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。








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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2）导热硅脂

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。

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。

4）导热硅胶片

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。

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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。







（2）圆柱形电池底部的粘接固定







（3）硅胶片在电芯周围缠绕的方式







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







（2）电芯铝壳之间连接









（3）铝壳电芯之间放置硅胶片







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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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：





模具示意图如下：





制成的硅胶导热件形式如下：

贝格斯导热材料

电池包也是电池组，它上面用的导热硅胶，主要看导热性能，硬度，导热材料还要能起到填充的效果