电动汽车锂离子电池组的有效热管理解决方案

锂离子电池的性能、寿命和安全性与其工作温度有着内在联系。有效的热管理系统 (TMS) 对于确保这些电池组的性能、安全性和使用寿命至关重要。其重要性体现在多个​​方面：

• 安全保障： 高温（通常超过 60°C）会导致电池内部隔膜熔化，从而引发短路。这可能会引发热失控，这是一场灾难性的事件，最终可能导致火灾或爆炸。

• 性能维护： 电池只有在最佳温度范围内（通常为 20°C-40°C）才能达到峰值充放电效率。低温会增加内阻，导致功率和容量急剧下降。高温会加速不可逆的化学反应，导致永久性容量损失。

• 延长使用寿命： 研究表明，工作温度每升高 10°C，电池的衰减速度就会大约翻倍。精确的热管理可将电池保持在理想温度范围内，从而显著延长电池组的使用寿命。

• 温度均匀性： 电池组内各个电池单元之间较大的温度梯度会产生“水桶链效应”，导致某些电池单元过度充电或过度放电，从而加速整个电池组的性能衰减和老化。卓越的热管理必须最大限度地降低电池单元之间的温差（理想情况下小于 5°C）。

针对电池系统不同领域的针对性策略

典型的电池组可分为三个关键的热管理级别，每个级别都需要不同的策略：

• 第一级：电池级 - 核心重点是“热吸收和传导”

  • 目标： 快速吸收充放电循环中产生的热量并有效传导。这确保了电池内部温度均匀，并防止出现局部热点。

  • 挑战： 电池之间以及电池组件内部存在缝隙。由于空气导热性较差，因此必须用能够形成高效导热通道的材料填充这些间隙。

策略：

1. 导热硅胶垫：

   • 位置： 填充电池之间较大的间隙（通常为 0.5 毫米 - 3 毫米）；电池与侧板/端板之间。

   • 优点： 提供高导热系数（可选，例如 1.5W/mK、2.0W/mK、3.0W/mK）、高压缩性（可适应公差并吸收振动）和卓越电绝缘性之间的完美平衡。是填充较大间隙和提供结构支撑的首选。

   • 值： 直接将电池中的热量传导出去，促进温度均匀性，防止出现热点。

2. 相变材料 (PCM)：

   • 位置： 包裹圆柱形电池或填充在方形/袋式电池之间。

   • 优点： 一项革命性的解决方案。在正常运行期间，PCM 以固态形式传导热量。当电池温度达到 PCM 的熔点（例如 45°C）时，它会在熔化过程中吸收大量潜热，从而有效抑制温度快速上升，并提供关键的安全缓冲。

   • 值： 实现“智能”热管理，非常适合处理瞬态高功率事件（例如快速加速）产生的峰值热量，并且是防止热失控的关键材料。

3. 导热双面胶带：

   • 位置： 将温度传感器、FPC/PCB 采样板和其他小型组件直接牢固地连接到电池表面或母线上。

   • 优点： 提供强大的粘附力和热传导能力，确保传感器准确测量真实的电池温度，避免因气隙引起的不准确性。

• 第 2 级：模块和电池组级别 - 核心重点是“传热和温度均质化”

  • 目标： 有效地将模块内多个电池收集的热量传输到电池组的冷却系统（例如，液体冷板、空气通道），同时确保模块间和整个电池组的温度平衡。

策略： 

• 导热硅胶带：

  • 位置： 包裹单个电池或小模块。

  • 优点： 提供基本的电气绝缘和热保护。它们轻薄、柔韧且易于应用，非常适合用于电池组的初始捆绑、绝缘和温和的温度均质化。

• 导热硅胶垫（回顾）：

  • 位置： 模块底座和液冷板之间；电池模块和电池组下壳之间。

  • 优点： 这是最关键的应用之一。即使表面经过精密加工，仍会存在微小的缝隙。导热垫可以填充这些微米级的空隙，最大限度地降低界面热阻，并最大限度地提高冷却效率。选择硬度低、压缩性高的导热垫是实现大面积贴合的关键。

• 热间隙填充凝胶或高导热硅胶垫：

  • 位置： 在高度自动化生产线中，在电池/模块和冷却板之间进行分配或丝网印刷。

  • 优点： 液体应用可完美填充任何不规则表面缝隙，实现接近零的热接触阻。固化后，它会形成一种富有弹性的减震弹性体。这非常适合注重最高热效率的高端车辆。

• 第 3 级：封装至外部环境 - 核心重点是“终极散热与隔离”

  • 目标： 通过冷却系统将积聚的热量散发到外部环境中。同时，电池组外壳需要具有隔热性能，以保护内部电池免受极端环境条件（例如夏日阳光、冬日寒冷）的影响。

策略： 在电池组内部使用隔热材料，以减轻外部环境温度对内部核心温度的影响。

我们材料的扩展应用（潜在开发）：

• 气凝胶毯：

  • 位置： 层压到电池组上盖的内表面或用作模块之间的屏障。

  • 优点： 代表了隔热领域的最先进技术。其纳米多孔结构可有效阻隔热量传递。如果单个电池发生热失控，气凝胶可以显著延缓热量向相邻模块和电池组盖板的传播，从而为乘员安全争取关键时间。

  • 建议： 将气凝胶解决方案与我们现有的导电材料组合相结合，使我们能够提供从“运行热管理”到“热失控保护”的完整套件。

结论

通过系统地、战略性地应用我们的导热硅胶垫、相变材料、导热硅胶带和导热胶带，我们可以为电动汽车电池组构建一个全面、高效、安全的热管理系统。

• 在细胞水平： 相变材料（PCM） 和 导热垫 实现源头的有效热吸收和传导。

• 在模块级别： 导热垫 和 填隙物 优化与冷却系统的界面接触，最大限度地提高散热效果。

• 在系统级别： 导热胶带 和 导电胶带 保护并隔离辅助组件。

我们拥有众多电动汽车锂离子电池组热管理解决方案。如果您想了解更多信息，欢迎随时联系我们，我们随时恭候您的垂询！