新能源汽車動力電池組的材料應用1-以軟包模組為例

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本文想系統的闡述一下有關電池系統裡面，特別是模組內外對於材料的需求，每樣材料的基本需求，還有這些要求的升級。這裡首先還是以軟包模組和軟包的電池系統為例，方殼電池與之類似。

如下圖所示，主要的分類，分為結構粘接材料、導熱材料、絕緣材料、絕熱材料和密封材料這幾種要求。

1.結構粘接材料：通常而言分為結構膠或者雙面膠帶，主要用於粘接電芯與電芯、電芯與泡棉、電芯和模組外殼等，主要的作用是電芯與模組成為一體化，滿足模組的振動、衝擊和跌落等要求。

2.導熱材料：主要用於傳導電芯的熱量，並把模組的熱量往外進行轉移。

3.絕緣材料：這個材料往往是與其他材料的要求融合在一起，主要的目標是放置單體電芯出現漏液或者其他破損狀態下，整個電池往金屬導電材料上引起短路或者絕緣問題。

4.絕熱材料：主要的要求，是隔絕外部的熱量進入電池系統，有冷和熱兩種，我後面進一步介紹火燒實驗和溫降實驗對於電池系統的實際要求。

5.密封材料：主要是實現電池系統密封的要求，實現IP67的作用。

圖1 電池系統裡面使用材料概覽

為了方便展開，我們這裡針對常見軟包電池組的材料應用，做個初步的梳理。

1） 軟包電芯與鋁殼之間的固定：粘接定位，導熱，與PET膜和鋁板粘接性好。

由於要固定電芯，還要考慮在裡面設計足夠的緩衝，形成整體的情況，所以這裡需要考慮較高強度的膠，並具有一定的導熱係數，使得模組內使用粘接的地方有足夠的傳熱。一半考慮採用雙組份聚氨酯導熱粘接固定膠或者高硬度導熱雙面膠帶。基本的考慮係數主要有熱的方面和結構方面，分為導熱係數（W/m.k）和粘接強度；進一步考慮，需要在各種環境條件下，比如高低溫特性、溫度交變下能穩定，也能滿足衝擊和振動的要求。

圖2 結構膠和雙面膠帶

如果我們在構建熱學模型的時候，主要如下圖這樣的考慮，內部的結構粘接膠和外部的結構約束形成雙重的冗餘。正在以後軟包的能量密度的提升過程中，結構部件的優化將是漸進式的。

圖3 內部結構的系統性抽象示意

對應上圖，可以把傳熱的路徑整理出來。如果採用粘接膠帶或者粘接面積比較大的時候，這裡就需要仔細核算整個結構部分的膠的傳熱係數對於整個系統的影響。軟包電芯與軟包電芯的緩衝泡綿，在不同的壓縮量情況下，可以達到合適的回彈，具有很好的緩衝及保護作用。這裡的傳熱係數，對於電池的另一端是有影響的，雖然熱擴散的要求出現，我們也會在整個傳熱模型上考慮，相對應的熱擴展模型。由於設計的要求，可能在幾個電芯之間來考慮一定的隔絕效果，以保證整體的重量並沒有大幅增加。

圖4 對於熱模型的進一步考慮

2）箱體、冷水板與電池模組的散熱：如上圖所示，在模組的冷卻片與冷卻板之間，需要考慮高抗撕裂型導熱墊片，這裡一方面需要考慮熱學特性（熱阻特性）還要考慮一定的絕緣特性，主要是考慮拉伸強度和緩衝性能。如下圖所示：

圖5 導熱硅膠片

你以為就這樣結束了嗎？當然還沒有！

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