导热材料在电动车锂电池部件中的散热应用

锂电池由于高能量、高充放电性能而普遍应用在电动车产业，其中又以18650锂电池(直径为18毫米，高度为65毫米)为常见，但锂电池有工作温度限制，超出工作温度会有充放电效率不彰以及热失控。

Tesla所用panasonic生产的18650锂电池

电池模块

• 以Tesla的充电站以113.1ºF(45ºC)为温度墙，超过温度墙便会降载充电功率以保持工作温度在温度墙内。

图为1S72P18650电池组1C放电下的温度变化

图为1S72P以1C放电高温度IR量测

• 当电池发热量越大，不均匀程度越高，而高温电池的材料衰减速率大于低温电池，一般需要控制温差小于5ºC。

• 一台Tesla Model S 有 7104 颗 18650 电池，要同时维持7104颗温度的一致性是相当浩大的工程。

Z-Foam™800系列是兆科公司的导热硅胶泡棉密封垫专为高温高压密封中的应用。我们有不同的厚度和硬度，提供材料灵活的选择。同时也可与玻璃纤维加固增加的尺寸稳定性和撕裂强度增加。

产品特性：

耐高温 200°C。

密封性能好。

紫外线和耐臭氧性。

良好的缓冲及高压缩量。

压缩后恢复良好。

为了测试出不同材料可否预防热失控，还建立一个小型的18650电池包(10S4P)进行钻刺测试---评估车辆因交通意外事故而导致电池遭受尖锐物穿刺的情况下，是否会发生炸裂与起火。

钻刺测试实际图

电池直接接触产生热传递的材质会直接影响均温性与传热 (有PCC & NO pcc的温度比较)

TIS680 AB是一种双组份、高导热性、可室温固化、较长工作时间、有防火性能的导热硅胶灌封胶。它特别适用于电容器，小型电子器材的灌封。它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上，从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。

产品特性：

良好的热传导率: 2.8W/mK。

良好的绝缘性能，表面光滑较低的收缩率。

较低的粘度，易于气体排放。

良好的耐溶剂、防水性能。

较长的工作时间。

优良的耐热冲击性能。

优良的导热性。

不同填充物的材料比较

Air=缓冲材料

Graphite =石墨

Wax=蜡

PCC=聚碳酸酯

电池过热造成现象

电池包的排列与组成

车用电池模块结构图

传统热管分三部分

蒸发部、冷凝部、绝热部

• 脉冲式热管也同样包含这三个部分，但是脉冲式热管是包含许多弯折部份的弯管，并且因为管径达毛细尺度，内部没有任何毛细结构，大幅降低制造成本。 

• 毛细管尺寸主要目的是让工作流体藉由表面张力，使工作流体分布在在管内形成气体与液体相连的状况。

• 当蒸发端的蒸气块压力变大时，会压缩冷凝端的气块压力减少，在脉冲热管中，蒸发端与冷凝端两端压差会造成蒸气块与液体柱的摆荡，造成良好循环做散热。

TIS™100-08-1150 是新能源汽车圆柱力电池液冷pack专用导热带，导热绝缘硅胶挤出材料是效能高的绝缘产品，具备导热性能。它是将绝缘性的硅胶基材加入到导热材料当中去，从而达到既能绝缘又能导热的效果。

产品特性：

良好的热传导率: 0.8W/mK。

表面较柔软。

高压绝缘,低热阻。

良好抗电介质强度。

抗撕裂，抗穿刺。

总结       

1、为了避免18650锂电池发生化学不稳定导致热失控的现象，温度控制非常重要，因此散热设计与导热材料选用就非常重要。

2、散热设计不良的情况下，在高电流充电时18650电池温度容易超过45ºC，以Tesla充电站标准则会降百分之二十五充电会影响充电速度，固有良好的散热系统能有效缩短充电时间。

ymf