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鄒小(xiao)姐：13326633089 -
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電動車(che)發展(zhan)的勢(shi)頭很猛，2021年，電動車的全年滲透率已經超過12%，直接比去年翻了接近一倍，從這個趨勢來看，未來電動車會發展得更快。就目前電動車技術發展的狀態來看，更長的續航里程(cheng)及更(geng)快的充(chong)電速(su)度這(zhe)方(fang)面依然是不盡(jin)人意(yi)的。為了(le)實現如上(shang)兩個重(zhong)要(yao)目標，意(yi)味著需(xu)要(yao)能(neng)量密(mi)度和功率(lv)密(mi)度更(geng)高的(de)電(dian)池，而這些特性又會(hui)使(shi)電池釋放出(chu)更多的熱量，這些熱量輕(qing)則低各部件的性能(neng)和壽命，嚴重的可能(neng)會引起線路短路，造成車輛自燃。
電動車核心“三電”：電池(chi)模塊(kuai)，電控系統(tong)及驅動電機
因此為了保(bao)證電動汽車(che)的(de)核心部件“三電”及充(chong)電(dian)樁的安全性(xing)能與(yu)使(shi)用(yong)壽命(ming)，我們需要讓熱量及時有效的釋放出去(qu)，而這(zhe)便是熱管(guan)理材料的用武之地(di)，而熱界(jie)面材料（ThermalInterfaceMaterials，TIM）在熱管理中起到了十分關鍵的作用，是該學科中的一個重要研究分支。熱(re)界面材料(liao)的定義是可使熱(re)量從產生熱源的組件(jian)快速傳遞到散熱的中間材料或元器件。常(chang)見的(de)導(dao)熱界(jie)面材料產品種類有：導(dao)熱襯(chen)墊、無硅導(dao)熱襯(chen)墊、導(dao)熱凝(ning)膠-單組分、導熱凝膠-雙組份、導熱凝膠-無硅、導熱硅脂、導熱相變材料、導熱灌封膠、導熱石墨片等。
為(wei)啥需(xu)要(yao)熱(re)界面材料？
對于任何熱(re)管理解決方案來說(shuo)，熱(re)界面材料（TIM）都是關鍵的組成部分。由于它是大多數應用中的一小部分，因此很容易被忽視，但熱界面材料可讓設備及其相關產品發揮有效作用。熱界面材料（TIM）是眾多電子和儲能裝置中的關鍵部件。基本上，如果產生熱量并需要轉移則通常需要TIM。
上圖中深藍色代(dai)表(biao)熱(re)界面(mian)(mian)材(cai)料，淺藍色代(dai)表(biao)空(kong)氣，灰色及黑色代(dai)表(biao)兩(liang)個(ge)(ge)不同(tong)表(biao)面(mian)(mian)。凡是表(biao)面(mian)(mian)都會有粗糙度，所以(yi)當兩(liang)個(ge)(ge)表(biao)面(mian)(mian)接(jie)觸在一(yi)起的時候，不可能(neng)完全接(jie)觸在一(yi)起，總會有一(yi)些空(kong)氣隙夾雜在其中，而(er)空氣(qi)的導熱系數非常之小（20℃下(xia)空氣(qi)的導熱系數為0.0267W/(m.K)），因(yin)此(ci)就(jiu)(jiu)造成(cheng)了比較(jiao)大(da)的接(jie)觸熱(re)(re)阻。而使用柔軟可(ke)塑的熱(re)(re)界面材料就(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)填(tian)充(chong)這(zhe)個空氣(qi)隙（當然在大(da)多數(shu)情況下，100%消(xiao)除空氣(qi)幾乎(hu)不可(ke)能(neng)，因(yin)此(ci)，小凹陷和(he)小孔中仍然會有(you)小氣(qi)袋。但是，此(ci)時的熱(re)(re)性能(neng)相比未使用TIM的情況已有(you)極大(da)改(gai)善），這(zhe)樣(yang)就(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)降低(di)接觸(chu)熱阻，提高散熱性能。
導(dao)熱(re)不導(dao)電的六(liu)方氮化硼片片
通用的導(dao)熱界面材料，多以(yi)樹脂為基(ji)體(ti)并按需添加導(dao)熱填料。樹脂基體(ti)材料(liao)易(yi)于變(bian)形可(ke)以很好的彌(mi)合間隙(xi)增加有(you)效(xiao)接觸(chu)以提升(sheng)散熱，但一般樹脂(zhi)基體(ti)熱(re)導(dao)率差，需填充(chong)以導熱填料可(ke)以(yi)有效調節其(qi)熱導(dao)率從而滿足使用要求。
填料(liao)種(zhong)類可以分(fen)為三大(da)類，分(fen)別為金屬導熱填料(liao)、碳基導熱填料(liao)、無(wu)機(ji)導熱填料(liao)。常(chang)見的金屬導熱填料(liao)主(zhu)要包括Al、Cu、Ag等。碳基導熱填料主要有石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維等。無機導熱填料主要有氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氮化鋁(AlN)等。
常見(jian)樹脂基體及導(dao)熱填料的(de)導(dao)熱系數(shu)
電(dian)池組里的熱界面材料：
電池(chi)不良散熱會降低(di)電(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)率，進而增(zeng)加(jia)充(chong)(chong)電(dian)(dian)時間，甚至會損壞對溫(wen)度敏(min)感的電(dian)(dian)池(chi)(chi)。電(dian)動汽車(che)的(de)(de)動力鋰(li)電(dian)池(chi)組熱(re)設計是保(bao)證電(dian)池(chi)可靠(kao)工(gong)作的(de)(de)關鍵技術，而(er)如何把(ba)電(dian)芯的(de)(de)熱(re)量導出來是核心的(de)(de)設計考量因素。常見(jian)的電池熱管理中的空(kong)冷和液冷，這(zhe)兩種冷(leng)卻(que)(que)方式都是先通過(guo)導熱(re)(re)將(jiang)(jiang)熱(re)(re)量從電池(chi)系統傳遞給冷(leng)卻(que)(que)管(guan)(guan)，再通過(guo)冷(leng)卻(que)(que)管(guan)(guan)將(jiang)(jiang)熱(re)(re)量傳遞到空(kong)(kong)氣(qi)中。為(wei)使冷(leng)卻(que)(que)管(guan)(guan)達到最佳的散(san)熱(re)(re)效(xiao)果，需要在冷(leng)卻(que)(que)管(guan)(guan)和電池(chi)之間填充高導熱(re)(re)界面材(cai)料，從而(er)排除空(kong)(kong)氣(qi)，減少傳熱(re)(re)熱(re)(re)阻，顯著提升散(san)熱(re)(re)效(xiao)果。當(dang)然(ran)除了(le)導熱界面材料，電(dian)動汽車(che)電(dian)池組導(dao)熱結(jie)構粘合劑的應用也是較為廣泛的(de)，用它取代傳統(tong)的機械(xie)緊固件、螺(luo)絲及鉚釘等，有(you)利(li)于降低整車重(zhong)量，據公開數據稱電池(chi)組(zu)實現最(zui)高可達30千克的減重效果，間接的讓汽車續航能力得以提升。此外這些粘合劑還有助于顯著汽車減少所需的部件數量，優化電池組設計的成本。
磷(lin)酸鐵鋰硬(ying)殼電芯電池包(bao)結構
據統計，一輛(liang)家庭用的新能源汽車中電池板重量約150-400kg，有機硅導熱灌封膠的使用量約20-50kg。常用的有機硅灌封膠均采用氧化鋁、硅微粉等作導熱填料，膠比重通常在1.8-2.2g/cm3，導熱系數0.4-0.8W/m*K，阻燃達到UL94V-0或V-1，并具有良好的流動性。
電動車電控(kong)系統里面(mian)的熱界面(mian)材(cai)料：
在新(xin)能源汽車領(ling)域，IGBT作為電控系統和直流充電樁的核心器件，直接影響電動車功率的釋放速度、汽車加速能力和最高時速等，重要性不言而喻。一般(ban)情況下(xia)，IGBT模塊需要承受幾百安的電流，每秒開關達到上千次，損耗較大。且其與電機、引擎等位于空間密閉的汽車前車倉內，熱量較為集中。IGBT不怕短路，但特別“怕熱”。如果溫(wen)度超過其(qi)結溫(wen)125℃，會導致模塊燒毀，影響整車的運行。溫(wen)度特性(xing)是(shi)IGBT模塊產品設計和可靠性評估中的重要指標，為大幅提高其功率密度、散熱性能與長期可靠性，高效的散熱方案尤其重要。
IGBT電機水冷(leng)示意圖
目前電機控(kong)制器常(chang)用(yong)的散(san)熱方(fang)式有傳導散(san)熱，間接水冷(leng)。其主要(yao)特點是金(jin)屬殼(ke)體上需要(yao)設計水道，水流與IGBT不進行任何接觸。IGBT散發出的熱量需要通過其下部的金屬平板，依靠傳導方式將熱量傳遞給殼體外側的冷卻水進行散熱。為減少熱(re)源和(he)水路的熱(re)阻，提高(gao)模組的導熱(re)效率，通(tong)常需(xu)要在IGBT模組與冷片之間的剛性界面涂抹導熱硅脂。有了導熱界面材料（導熱硅脂等(deng)）的(de)填充，發(fa)熱(re)源和散熱(re)器間的(de)接觸(chu)面將充分(fen)接觸(chu)，可(ke)大幅度(du)降低(di)界面熱(re)阻，顯著提(ti)高散熱(re)效果(guo)，減少(shao)電氣損失。
驅動(dong)電(dian)機里(li)的熱界面(mian)材料：
電動機（Motor）是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子（如鼠籠式閉合鋁框）形成磁電動力旋轉扭矩。顯而易見，電機中最主要的部件就是定子和轉子了，定子是電機或靜止不動的部分，定子由定子鐵芯、定子繞組和機座三部分組成。定子的主要作用是產生旋轉磁場，而轉子的主要作用是在旋轉磁場中被磁力線切割進而產生輸出電流。
采用高導(dao)熱膠對電機定(ding)子(zi)(zi)進行整(zheng)體灌封(feng)，可減小(xiao)繞(rao)組與定(ding)子(zi)(zi)鐵心之間(jian)的熱阻，提高絕緣(yuan)系(xi)統的導(dao)熱性，電機溫升可降低約10~18℃，提高了(le)電(dian)機安全運行的(de)可靠性。
此外高(gao)導熱(re)膠(jiao)灌封到驅動電機的定子(zi)后，除了可(ke)以更(geng)好(hao)的(de)幫(bang)助驅動電機散熱外，膠料(liao)優異的電氣絕緣性能、電磁兼容(rong)性也能夠抵抗高壓和電磁干(gan)擾；定(ding)子被包(bao)裹在有灌封膠體(ti)內，也可以抵(di)御(yu)水汽、鹽霧等大(da)氣環境的侵蝕，同時一定程度(du)上，也可以有效抵(di)抗振動和沖擊(ji)力。
充(chong)電樁里(li)的(de)熱界(jie)面材料：
電動車(che)市場(chang)很(hen)熱鬧，當然也少不了(le)關(guan)注一下給(gei)電動車(che)能量(liang)補給(gei)的充電樁的散熱問題。
與(yu)體積小巧的(de)慢速(su)充電(dian)(dian)(dian)樁相比，高功(gong)率充電(dian)(dian)(dian)樁不(bu)僅對(dui)電(dian)(dian)(dian)池與(yu)線纜要求高，同時對(dui)充電(dian)(dian)(dian)樁的(de)散熱系統(tong)也有著極高的(de)要求：①充電速度越快，充電樁電感模塊功率越大，充電電流越大；②由于體積高度壓縮，內部結構非常緊湊，熱量就越集中，進而導致充電樁內部溫度升高，輕則充電模塊過溫保護不再輸出，重則引起火災等意外事故；因此，做好充電樁的散熱方案極為關鍵。
充電(dian)樁的熱(re)分散結構
充電樁模組大量集(ji)成電容、電感、MOS管、變壓器等高發熱量電子元件，需內置散熱器輔助電子元件散熱。目前，業內在充(chong)電樁的(de)散熱(re)(re)(re)設計中，高(gao)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)界(jie)面材料引入非常普遍，例(li)如，導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)硅(gui)膠墊片(pian)用于電感模塊(kuai)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)，導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)硅(gui)脂(zhi)用于芯片(pian)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)、導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)硅(gui)膠用于電源灌封(feng)等，導熱硅膠(jiao)片、導熱粘接膠(jiao)應用于集成電子元件板和散熱器(qi)之間，柔(rou)順、高回彈等(deng)特征使其能(neng)夠覆(fu)蓋不平整的表面，將熱量從分(fen)離(li)器(qi)件或PCB傳導到散熱器上，從而提高充電模塊的散熱效率和使用壽命，同時還起到(dao)了導熱、絕緣防(fang)護、減震、固定電(dian)子元件等(deng)重(zhong)要作用，讓充電(dian)樁的使(shi)用更(geng)加安全。
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