导热材料对动力电池有什么关键作用呢?

2018-09-05      1722 次浏览

1、动力电池热管理的重要性

新能源汽车蓬勃发展,其安全性受到越来越广泛的关注。动力电池包是新能源汽车相对传统燃油车作出的最大改动,也是整车安全性设计的核心。目前,动力电池多数是锂离子电池,而锂离子电池在过充电、针刺、碰撞情况下易引起连锁放热反应造成热失控,导致冒烟、失火甚至爆炸等严重事故。而且,动力电池的性能,包括能量密度、使用寿命、放电倍率等受温度影响极大,所以电池热管理技术是新能源汽车的核心技术之一。在这个过程中,一种新型的导热阻燃材料应运而生。

2、汽车动力电池热管理系统的目标

汽车是人们出行的重要工具,作为电动汽车的“心脏”,动力电池热管理系统是决定车体整体性能的关键。从产品应用角度出发,动力电池热管理系统的目标可以细分为如下7个方面:

(1)保证单体电池处于适宜的工作温度范围,能够在高温环境中将热量及时转移、低温环境中迅速加热或者保温;

(2)减小单体电池内部不同部位之间的温度差异,保证单体电池的温度分布均匀;

(3)保持电池组内部的温度均衡,以避免电池间的不平衡而降低性能;

(4)消除因热失控引发电池失效甚至爆炸等危险;

(5)满足电动汽车轻型、紧凑的要求,成本低廉、安装与维护简便;

(6)有效通风,保证电池所产生的潜在有害气体能及时排出,保证使用电池安全性;

(7)温度等相关参数实现精确灵敏的监控管理,制定合理的异常情况应对策略。

3、导热材料在动力电池包中的关键作用

为了更有效地控制电池温度,越来越多的厂家开始抛弃成本更低但效果较差的风冷设计,新面世的旗舰级纯电动车几乎全部使用了液冷设计。使用液冷设计的电池包,当电池温度较高时,电池发出的热量将由冷板中的液体迅速转移到电池包外部,实现快速降温。液体的体积比热容远大于气体,在相同流量下,其转移热量的效率远超气体,故而液体冷却的能力大幅强于空气冷却。可以说,当使用液体冷却方式时,热量通过流体的转移将不再是热管理系统的瓶颈所在。

受限于机械加工精度,刚性接触面间会存有极细微的凹凸不平的空隙。图4左图示意了刚性接触面间热量传递的路径。众所周知,空气导热系数极低(25℃时,空气导热系数仅为0.026W/m.K),接触面间的空隙会使得热量的传递变得困难。在界面间填充高导热柔性材料(导热系数一般在1.0W/m.K~6.0W/m.K之间)是降低接触热阻的有效方法。特殊场景中,导热界面材料它还需要同时具备绝缘、吸波功能。为了保证热量传递的通畅性,在电池包中,电池和冷板之间同样需要贴附导热界面材料。然而,汽车动力电池包中的导热界面材料,由于运用场景和面临的问题与常规电子产品差异很大,其要求有很强的特殊性。

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