图1:BMW PHEV 模块中使用的粘合剂
电池寿命周期内的温度管理对防止电芯故障、优化续航及避免热失控至关重要。当前OEM根据电芯类型采用不同冷却策略。对于软包或方形电芯,OEM通常将电池模组连接至冷却板。这些冷却板多为钎焊拼合的双片冲压件,使冷却液循环传热。相比之下,圆柱电芯(如特斯拉®方案)的冷却通道在模组内电芯间穿行,实现紧密热管理。方形电芯几何结构较简单,冷却板可与电池框架集成(保时捷®、现代®和福特®采用),或置于方形电芯/模组下方(沃尔沃®采用)。
图2:电池间粘合示例:a Tesla ® 2170 电池和冷却通道 之间的材料灌封, b以及 较新的 4680 Tesla ®电池单元中的材料灌封;c Ford ®在 F-150 Lightening 和 Mustang Mach-E 中 采用的每对软包电池之间的压缩粘合垫; d 第一代 BMW ® i3 中的方形电池中的膏状粘合剂应用;e 和f 方形电池中使用的压敏粘合剂和介电保护;g 压敏压缩垫
传统环氧或聚氨酯基粘接剂因低导热率(约0.3W/(m·K))而成为热绝缘体。为突破此限制,导热率显著更高(>2W/(m·K))的双组分聚氨酯基粘接剂可实现冷却通道及相关组件的高效热管理。据报道,结构丙烯酸粘接剂也作为导热粘接剂(TCA)使用,其采用对粘接剂流变特性影响甚微的导热填料包,并添加玻璃微珠以保证最终粘接厚度。粘接剂中的导热添加剂可为金属或陶瓷基。尽管铝、铜等金属填料(常用于母线连接)具有优异导热性(200–360W/(m·K)),但其不绝缘。相比之下,氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)和氧化铝等技术陶瓷兼具导热性和电绝缘性,成为需散热同时保持电隔离应用的理想选择。
图3:适用于TCA的填料的热导率和电阻率概览
除导热性外,这些粘接剂必须具备良好结构强度和高断裂伸长率,以在电池寿命周期内(即使在振动等载荷条件下)保持机械完整性。对于电芯或模组直接置于冷却板上的电池设计,热界面材料对填充气隙和保障高效传热至关重要。此类材料需具备>2W/(m·K)的导热率,尤其针对电芯与冷却板间达3mm的大间隙。导热粘接剂和界面材料必须在宽温范围(40至80℃)内稳健工作,并耐受车辆运行中电芯与冷却板间的振动和相对位移。
图4:汇总了商用TCA的热导率和电阻率特性
下图展示了电动汽车电池行业所用导热粘接剂的部分实例。在现代®和起亚®车型中,电池托盘即冷却板,软包电芯模组通过导热填隙胶粘接至顶部铝板。其他方法报道使用非固化导热膏,将模组压紧在电池托盘的冷却板上。保时捷®Taycan也在电池底板嵌入冷却通道,但因采用紧凑铝壳模组而使用结构粘接剂。
图5:热界面材料示例:a Hyundai ® Ioniq 5 导热填缝胶,其中软包电池痕迹清晰可见;b Volvo ® XC40 Recharge 中使用的填缝非固化热界面膏; c Porsche ® Taycan 中用于将模块粘合到电池框架(嵌入式冷却板)的粘合剂;d Tesla ® Model 3 4680 中电池和冷却通道之间的泡沫粘合剂;e Lohmann ® 提出的导热胶带(红色)
内容摘自:Institute of Science and Innovation in Mechanical and Industrial Engineering (INEGI),Porto,Portugal,Vasco C.M.B. Rodrigues等发表的《Adhesive bonding in automotive battery pack manufacturing and dismantling: a review》
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