随着电池包技术的快速进步和发展,电动汽车(EV)制造商也越来越重视电池包设计的优化。EV制造商在寻求重量更轻、结构更加紧凑解决方案,以期获得更大的能量密度。与此同时,他们也希望能兼具简洁性和经济性。为了实现这些目标,EV制造商同时在寻求近期和长期的解决方案。
在这些解决方案中,有的是将单个电池直接粘合到冷却板上,有的是直接粘合到汽车底盘上。为了使这些解决方案变成现实,就需要有新的导热(TC)胶粘剂技术。作为热管理灌封胶、胶粘剂和填缝胶领域的领先供应商,我们正在开发TC聚氨酯胶粘剂,以将电池直接粘合在冷却板上。
我们的专家团队编写了一份白皮书,其中在与传统电池包配置及相关胶粘剂解决方案进行对比的情况下,对TC聚氨酯胶粘剂新的发展作了说明。在博客系列内容的第一部分,我们总结了白皮书的要点,其中会回顾当前的电池包配置、新一代无模组电池包(CTP)配置、以及配方、开发和测试过程。第二部分将展示结果、我们的见解,以及其对电池和电动车制造商的意义。
当前的电池包配置
由于有高度严格的安全标准和可负担且充沛的供应链,大多数电动车制造商已采用标准的电池配置。目前这种配置均由多个电池模块组成,每个模块中都包含独立的电池单元组。通过这种方法,既可对离散电池模块进行控制、监测,也能够为其提供保养。此外,目前的配置也提供有碰撞和环境保护措施。各个模块之间和周围添加了大量的电绝缘物质,这种配置能够防止火灾的传播。
当前的配置至少包括两种离散热界面材料(TIM),其也称为“填缝胶”(GF),借助液冷板,可帮助调节模块的温度,以确保安全和高效的性能。电池到模块(CTM),或上层填缝胶,填补了单个电池下侧之间的空间以及电池底部与模块外壳内壁之间的间隙。CTM通常以化学物质为基础,如聚氨酯,具有很强的附着力和很大的灵活性。
第二个TIM是模块到电池包(MTP),或下层填缝胶。这种TIM填补了电池模块和整个电池包的大型冷却板之间的大空间。与CTM一样,MTP也可传导热量。然而,MTP是轻轻地粘附在冷却板表面,便于拆除单个模块进行维修。MTP填缝胶通常基于兼容的化学主链,如硅酮或软聚氨酯。派克洛德公司的CoolTherm®产品系列包含专为CTM、MTP和辅助电动汽车及电子应用设计的热管理材料。
新一代无模组电池包配置
虽然目前的模块化设计有其优点,但也有缺点。模块的固定部分会导致重量增加,占用极大的空间,因此会导致电池包能量密度受到影响。此外,由于离散部件众多,设计、制造和供应链物流也更加复杂。因此,许多电动车和电池制造商正在取消该模块,并将电池直接粘合在冷却板上。这种被称为无模组电池包(CTP)的新方法可充分利用空间,减少零件数量,提高电池组的能量密度。这样,电动汽车制造商可以选择使用更便宜、能量密度更低的电池。
除了将热界面材料和界面的数量减少一半并取消模块外壳之外,CTP还显著降低堆叠热阻。这样,就可以降低冷却板的冷却或加热负载,并能使用传导率更低的填缝胶。然而,这种变化对环境要求却更加严格,因为模块外壳无法保护电池免不受环境的影响。例如,原始设备制造商现在需要导热胶粘剂,以确保电池单元和冷却板之间的粘合牢固、灵活。为了应对CTP使用的增加和相关的要求,我们正在开发新的胶粘剂技术,其中包括导热型CTP聚氨酯胶粘剂。
聚氨酯测试
聚氨酯化学,采用双组分的形式,可在强度、延展性和配方多样性之间达到良好的平衡。在测试中,我们根据专为CTM应用设计的传统化学材料和为CTP应用设计的新化学材料,开发出了两种双组分TC聚氨酯。之后,我们根据ASTM D1002标准,我们对商业电动汽车应用中使用的铝和PET薄膜进行了搭接粘合剪切测试。除了粘合测试,我们还根据各自的ASTM或ISO标准测试方法,对粘度、热导率、极限拉伸强度、断裂伸长率和介电常数等体特性进行了测量。结果如何?令人印象深刻!
关于测试结果的更多信息,请关注本系列的第二部分内容。
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