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邹小姐：13326633089 -
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电动车发展(zhan)的(de)势(shi)头很猛，2021年，电动车的全年渗透率已经超过12%，直接比去年翻了接近一倍，从这个趋势来看，未来电动车会发展得更快。就目前电动车技术发展的状态来看，更长的(de)续(xu)航(hang)里程及更快的(de)充电(dian)速(su)度(du)这(zhei)方面(mian)依然是不尽人意的(de)。为了实现如上两个重(zhong)要目标(biao)，意味(wei)着需要能量密度(du)和功率密度(du)更高的电池，而这些特性(xing)又会使(shi)电池释放出更(geng)多的热量，这些热量轻则低各部件的性能(neng)和寿(shou)命，严重的可能(neng)会引起线路(lu)短路(lu)，造成车辆自燃。
电动车核(he)心“三电”：电池模块，电控(kong)系统及驱动电机
因此(ci)为了保证电动汽车(che)的核心部件“三电”及充电桩的安全性能与(yu)使(shi)用寿命(ming)，我们(men)需要让热量及时有(you)效的(de)释(shi)放出去(qu)，而这便是热管理材料(liao)的用武(wu)之地，而热界面材料(liao)（ThermalInterfaceMaterials，TIM）在热管理中起到了十分关键的作用，是该学科中的一个重要研究分支。热界面材(cai)料的定义是可使热量从产生热源的(de)组件快速传递到(dao)散热的中间材料(liao)或元器(qi)件。常(chang)见的导(dao)(dao)热(re)(re)界(jie)面材料产品种类有：导(dao)(dao)热(re)(re)衬垫、无硅导(dao)(dao)热(re)(re)衬垫、导(dao)(dao)热(re)(re)凝(ning)胶-单组分、导热凝胶-双组份、导热凝胶-无硅、导热硅脂、导热相变材料、导热灌封胶、导热石墨片等。
为啥需要热界(jie)面(mian)材(cai)料？
对于任何热管理解决方(fang)案来(lai)说，热界面(mian)材料(liao)（TIM）都是关键的组成部分。由于它是大多数应用中的一小部分，因此很容易被忽视，但热界面材料可让设备及其相关产品发挥有效作用。热界面材料（TIM）是众多电子和储能装置中的关键部件。基本上，如果产生热量并需要转移则通常需要TIM。
上图中(zhong)深蓝色(se)(se)代(dai)表(biao)(biao)热界(jie)面材料(liao)，浅(qian)蓝色(se)(se)代(dai)表(biao)(biao)空气(qi)，灰色(se)(se)及黑色(se)(se)代(dai)表(biao)(biao)两个不(bu)同表(biao)(biao)面。凡(fan)是表(biao)(biao)面都会有粗糙度，所(suo)以(yi)当两个表(biao)(biao)面接(jie)(jie)触(chu)在(zai)一起的时候，不(bu)可能完全接(jie)(jie)触(chu)在(zai)一起，总(zong)会有一些空气(qi)隙夹杂在(zai)其中(zhong)，而空气的导热(re)系数非常(chang)之小（20℃下空(kong)气的导热系数为0.0267W/(m.K)），因此就(jiu)(jiu)造成了比(bi)较大(da)的接触热阻(zu)。而(er)使(shi)用(yong)柔软可塑的热界面材料就(jiu)(jiu)可以填充这个空气隙（当然(ran)在大(da)多数情(qing)况(kuang)下，100%消(xiao)除空气几乎不可能，因此，小凹陷和小孔(kong)中(zhong)仍然(ran)会有(you)小气袋(dai)。但是，此时的热性能相(xiang)比(bi)未使(shi)用(yong)TIM的情(qing)况(kuang)已有(you)极(ji)大(da)改(gai)善），这样就(jiu)(jiu)可以降低接触热阻，提高(gao)散热性能。
导热(re)不导电的六方氮化硼片片
通用的(de)导热界面(mian)材(cai)料，多以树脂为基体并按需添加导热填料。树脂基体(ti)材(cai)料易(yi)于变形可以(yi)很好的(de)弥合间(jian)隙增加有效接触以提升散热，但(dan)一般(ban)树脂基体(ti)热导(dao)率差，需填充以导(dao)热填料可以有(you)效调节(jie)其热导率从而满(man)足使用要(yao)求。
填料(liao)(liao)(liao)(liao)种类可以(yi)分为(wei)三大类，分别为(wei)金属导(dao)热(re)(re)填料(liao)(liao)(liao)(liao)、碳基导(dao)热(re)(re)填料(liao)(liao)(liao)(liao)、无机导(dao)热(re)(re)填料(liao)(liao)(liao)(liao)。常见(jian)的金属导(dao)热(re)(re)填料(liao)(liao)(liao)(liao)主要包(bao)括(kuo)Al、Cu、Ag等。碳基导热填料主要有石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等。无机导热填料主要有氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)等。
常见树脂基体及(ji)导热(re)填料的导热(re)系数
电池组(zu)里的热界面材(cai)料：
电池不良散热会(hui)降(jiang)低电(dian)(dian)池充(chong)电(dian)(dian)率(lv)，进而增加充(chong)电(dian)(dian)时(shi)间，甚至(zhi)会损坏对温度敏(min)感的电(dian)(dian)池。电动汽车的动力(li)锂电池组热设计是(shi)保证电池可靠(kao)工作(zuo)的关键(jian)技(ji)术(shu)，而如何把电芯的热量(liang)导出来(lai)是(shi)核(he)心(xin)的设计考量(liang)因素。常见的(de)电池(chi)热管理中的(de)空冷(leng)(leng)和液冷(leng)(leng)，这两(liang)种(zhong)冷(leng)(leng)却方式都是先(xian)通过(guo)(guo)导热(re)(re)(re)(re)将(jiang)热(re)(re)(re)(re)量(liang)从(cong)电池系统传(chuan)递给冷(leng)(leng)却管(guan)，再通过(guo)(guo)冷(leng)(leng)却管(guan)将(jiang)热(re)(re)(re)(re)量(liang)传(chuan)递到空(kong)气(qi)中。为(wei)使冷(leng)(leng)却管(guan)达到最佳的散(san)热(re)(re)(re)(re)效果(guo)，需要在冷(leng)(leng)却管(guan)和电池之间填(tian)充高导热(re)(re)(re)(re)界面(mian)材料(liao)，从(cong)而排除空(kong)气(qi)，减少(shao)传(chuan)热(re)(re)(re)(re)热(re)(re)(re)(re)阻，显著(zhu)提升散(san)热(re)(re)(re)(re)效果(guo)。当(dang)然除了导热界面(mian)材料，电动汽(qi)车电池组导热结构粘(zhan)合剂的应用也是较为广泛的，用(yong)它取(qu)代传(chuan)统的机械紧(jin)固件、螺丝及(ji)铆钉等(deng)，有利于降(jiang)低整(zheng)车重量，据(ju)公开数(shu)据(ju)称(cheng)电(dian)池组实(shi)现(xian)最(zui)高可达(da)30千克的减重效果，间接的让汽车续航能力得以提升。此外这些粘合剂还有助于显著汽车减少所需的部件数量，优化电池组设计的成本。
磷(lin)酸铁(tie)锂(li)硬壳电芯电池(chi)包结构
据统计，一辆(liang)家庭用的新能(neng)源汽车(che)中(zhong)电池板重量约150-400kg，有机硅导热灌封胶的使用量约20-50kg。常用的有机硅灌封胶均采用氧化铝、硅微粉等作导热填料，胶比重通常在1.8-2.2g/cm3，导热系数0.4-0.8W/m*K，阻燃达到UL94V-0或V-1，并具有良好的流动性。
电动车电控系统里面(mian)的热界面(mian)材(cai)料：
在新能源汽车领(ling)域(yu)，IGBT作为电控系统和直流充电桩的核心器件，直接影响电动车功率的释放速度、汽车加速能力和最高时速等，重要性不言而喻。一般(ban)情况下，IGBT模块需要承受几百安的电流，每秒开关达到上千次，损耗较大。且其与电机、引擎等位于空间密闭的汽车前车仓内，热量较为集中。IGBT不怕短路，但特别“怕热”。如果(guo)温(wen)(wen)度(du)超过其结温(wen)(wen)125℃，会导致模块烧毁，影响整车的运行。温度(du)特性是(shi)IGBT模块产品设计和可靠性评估中的重要指标，为大幅提高其功率密度、散热性能与长期可靠性，高效的散热方案尤其重要。
IGBT电机(ji)水冷(leng)示意(yi)图
目(mu)前电机控制器常用(yong)的散热方式有传导散热，间接水(shui)冷。其主要(yao)特点是金(jin)属壳(qiao)体(ti)上(shang)需要(yao)设计水(shui)道(dao)，水(shui)流与(yu)IGBT不进行任何接触。IGBT散发出的热量需要通过其下部的金属平板，依靠传导方式将热量传递给壳体外侧的冷却水进行散热。为减少热源和水路的热阻，提高模组的导热效率，通常需要(yao)在IGBT模组与冷片之间的刚性界面涂抹导热硅脂。有了导热界面材料（导(dao)热硅脂(zhi)等）的填充，发热源和散(san)热器间的接(jie)触面将充分接(jie)触，可大幅度降低界(jie)面热阻，显著提高(gao)散(san)热效果(guo)，减少电气损失。
驱动(dong)电(dian)机里的热界(jie)面材(cai)料：
电(dian)动(dong)机（Motor）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。显而易见，电机中最主要的部件就是定子和转子了，定子是电机或静止不动的部分，定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子的主要作用是产生旋转磁场，而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生输出电流。
采用高导热胶(jiao)对电机(ji)定(ding)子(zi)进行整(zheng)体灌封，可减小绕组与定(ding)子(zi)铁心之间的热阻，提高绝(jue)缘系(xi)统的导热性(xing)，电机(ji)温(wen)升可降低约(yue)10~18℃，提高了电机(ji)安全运行的可靠性。
此外(wai)高导热(re)胶灌封到驱(qu)动(dong)电机(ji)的定(ding)子后，除了可以更好的帮(bang)助驱动电机(ji)散热外，胶料优异(yi)的电(dian)气绝缘(yuan)性(xing)能(neng)(neng)、电(dian)磁兼(jian)容性(xing)也(ye)能(neng)(neng)够抵抗高压和(he)电(dian)磁干扰；定(ding)子(zi)被(bei)包裹在有(you)灌封胶体(ti)内，也(ye)可(ke)以抵御(yu)水汽、盐雾等大(da)气(qi)环境(jing)的(de)侵蚀，同(tong)时一(yi)定程度(du)上，也(ye)可(ke)以有效抵抗振动和冲击力。
充电桩里的热界面(mian)材料：
电(dian)动车(che)市(shi)场很(hen)热闹，当(dang)然也少不(bu)了关注一下给电(dian)动车(che)能量(liang)补给的充电(dian)桩的散热问题。
与体积(ji)小巧的慢速充(chong)电桩(zhuang)(zhuang)相比，高功率充(chong)电桩(zhuang)(zhuang)不仅(jin)对电池与线缆要求(qiu)高，同时对充(chong)电桩(zhuang)(zhuang)的散(san)热系统也有着极高的要求(qiu)：①充电速度越快，充电桩电感模块功率越大，充电电流越大；②由于体积高度压缩，内部结构非常紧凑，热量就越集中，进而导致充电桩内部温度升高，轻则充电模块过温保护不再输出，重则引起火灾等意外事故；因此，做好充电桩的散热方案极为关键。
充电桩的热(re)分散结构
充(chong)电桩模组大量(liang)集成电容、电感、MOS管、变压器等高发热量电子元件，需内置散热器辅助电子元件散热。目前(qian)，业(ye)内(nei)在充电桩的散热(re)(re)(re)(re)设计中(zhong)，高导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)界面(mian)材料引(yin)入非(fei)常普遍，例(li)如，导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)硅胶垫片用(yong)于电感模(mo)块导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)，导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)硅脂用(yong)于芯(xin)片导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)、导(dao)(dao)热(re)(re)(re)(re)硅胶用(yong)于电源灌封等，导热硅(gui)胶片(pian)、导热粘接胶应用于(yu)集成(cheng)电子元件板和散热器(qi)之间，柔顺、高回(hui)弹等特(te)征使(shi)其能(neng)够覆盖不平(ping)整的表面，将热量从分离(li)器(qi)件或(huo)PCB传导到散热器上，从而提高充电模块的散热效率和使用寿命，同时还起到了导热、绝缘防护、减震、固定(ding)电(dian)子(zi)元件等重要(yao)作用，让充电(dian)桩的(de)使(shi)用更(geng)加安(an)全。
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编辑粉体圈Alpha
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