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【科普】充电桩市场怎能离开导热阻燃?

 一  序言

新能源汽车能否快速普及则取决于能源补充的配套性。但不论是新能源汽车的续航能力,还是充电桩系统的构建,都离不开材料功能性的突破。相比于通信电源、驱动电源灯,新能源汽车的充电桩和电池都要具有更高电流来满足更快速充电的特点,对散热要求都更为苛刻。因此,此次主要谈充电桩系统的散热。

 二  充电桩的构造



 三  困扰充电桩发展的因素之——散热需求

充电桩目的是让待充电车辆在较短时间(1-2H)内,补充50-60%以上的电能。当然最理想是1分钟补充80%以上,但是电池技术(含电池组均衡技术)、输配电技术尤其是散热技术做不到。

据统计,充电桩因温度过高引起模块过温保护的案例不在少数。因此散热问题已经被证实是目前最困扰充电桩系统厂家的难题之一。


以60KW充电桩系统为例,目前行业主流模块效率标称95%,仅模块散热量就达到60*0.05*1000=3000W,这意味着充电桩在充电过程中,产生的热量是同等体积条件下通信户外机柜散出热量的3倍。


为了防止过热引起充电故障,虽然充电桩系统设计中均安装散热元件,比如增加风扇,如在5个模块的充电桩上安装了12个风扇。然而,采用风扇来实现散热过程中,户外的灰尘比较容易进入充电桩内,容易造成对精密设备的污染。而热交换、TEC、空调等散热元件由于应用场地的限制或是效率低等原因,在实际应用中也不够普及。


从热学传递的概念来看,充电桩及电池组件在风扇或者其他热交换过程中,如果发热体本身散热能力一般,热量容易积聚在发热体内,即使外界散热作用力度再大,效果都是不够理想的。

 四  如何提升充电桩的散热能力

为了及时传导出充电模块等元器件产生的热量,行业开始尝试通过添加具有导热功能的粉体来研发出不同性能的导热材料,从而出现如保护充电模块的高导热灌封胶、传导插头插座热量的高导热PA等。

诸如导热灌封胶在充电桩中填充模块内部间隙,可起到防震抗冲击来保护模块的同时,还具有阻燃和高导热的功能,从而能够将高电流发出的热量,快速散热到元器件外表,此时再利用风扇等来加大空气与元器件外表的热交换,最终提升散热的效果。

目前行业里导热材料的制备主要是通过向基体中添加大量的导热粉体,利用导热粉体自身具有的热传递性和散热性,来提升材料的散热性,最终满足元器件的散热要求。但随着充电要求比如更为快速,元器件外表温度更低等要求的不断提高,对导热胶、导热塑料等材料的性能要求越来越高。

这就需要解决现有导热粉体需要具有以下几个方面的优点:

1、粉体与树脂基体具有良好的相容性,对材料物理性能影响小;

2、粉体软硬适中,在保证导热性的同时对加工设备磨损小,加工时不易变色;

3、粉体在加工时具有良好的流动性,利于薄壁注塑或灌封;

4、粉体在适当比例下能在树脂基体内形成致密填充,从而实现更高导热。

基于以上的认识,目前环保导热粉应运而生,通过对粉体进行优选复合及表面处理,来有效减少导热粉体间的空隙,使粉体在基材中相容性更好,并能形成致密的导热网络,提高灌封胶及工程塑料的导热性,实现更高的导热率。




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