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【新能源汽车动力电池pack】Gap filler vs Thermal Pad

根据《中国制造2025》中的动力电池发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。这意味着随着能量密度的逐渐提高,在电池充放电过程中产生的热量会越来越多。

为了保证电池一定的使用寿命以及电池充放电过程中的产品安全,则在动力电池PACK的设计中,如何快速有效率的将产生的热量带走?这一问题会凸显在相关工程师面前。

通常来讲,热传递有3种形式:热对流,热辐射和热传导。

热传导则是固体中热传递的主要方式。

【新能源汽车动力电池pack】Gap filler vs Thermal Pad

目前,在实际的新能源汽车动力电池PACK研发和制造过程中,为了尽可能的将动力电池充放电过程中产生的热量带走,不同的公司会采用了不同的技术方案。

在针对电池模组的导热上,因为模组直接固定在PACK箱体底板上,因此针对模组与箱体的热传导技术方向主要是以下两种:

1)Gap filler;2)Thermal Pad

Gap filler 案例 奔驰某款动力电池Pack,下图白色条状物

Gap filler 案例 奔驰某款动力电池Pack,,上图白色条状物

Thermal Pad 案例 蔚来ES8电池PACK,下图蓝色块状物

Thermal Pad 案例 蔚来ES8电池PACK,上图蓝色块状物

那么Gap filler 与Thermal Pad两者相比,谁的热传导效果更好呢?笔者看到一份相关的研究分析报告,现做分享。

报告中选用了2种Gap filler 和 2种 Thermal Pad 分别做对比。

报告中选用了2种Gap filler 和 2种 Thermal Pad 分别做对比

在进行测试之前,先将上述4种材料制成不同厚度,但直径(33mm)一样的样品(样品如下图)。

但直径(33mm)一样的样品

实验结果如下:

1)在相同的测试压力下(50KPa),无论是Gap filler 还是Thermal Pad,其热阻都会受到其厚度的影响。且该报告中选用的2种Gap filler实际所测的热阻均比Thermal Pad小。热阻越低,导热效果越好。

【新能源汽车动力电池pack】Gap filler vs Thermal Pad

2)同一款Thermal Pad(初始厚度1mm),在不同的测试压力下,其厚度随之变化,导致其热阻也随之变化。

该Thermal Pad1 在650KPa 下厚度达到0.64mm,此时的热阻才与1mm ,50KPa压力下测得的Gap filler (SC-1200)相当。实际产品制造过程中,不可能给模组施加650KPa的压力,由此可见Gap filler有着切合实际,相对宽松的施工工艺。

【新能源汽车动力电池pack】Gap filler vs Thermal Pad

为什么Gap filler的热阻要小于Thermal Pad?其机理,其实通过下面的图,就可以非常清晰的看出。

用肉眼看,模组和箱体底板表面感觉都是光滑无瑕的,而实际上,两者表面都有较多的坑坑洼洼。而Thermal Pad(下图a)的材料玻璃化转变温度均比较低,在室温下无法填充至这些坑坑洼洼中(即便施加很大的压力),而Gap filler(下图b)则可以。

【新能源汽车动力电池pack】Gap filler vs Thermal Pad

Gap filler 除了热阻比Thermal Pad低之外,还有较多其他的优势:

比如:

制造层面,Gap filler 更容易实现自动化生产,而Thermal Pad 目前基本上均是人工黏贴;

成本层面,Gap filler用量可以通过计量泵自动调节,而Thermal Pad需要开模进行模切,模切就存在较多的材料浪费;

设计层面,即使箱体和模组尺寸改变,多种PACK产品仍可以共用一款Gap filler,而Thermal Pad因为需要开模模切则灵活度没有这么高;

总体来讲,Gap filler的性能要远优于Thermal Pad。

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