鋰電池定制16年-動力鋰電池系統解決方案商

 

隨著社會的發展，社會活動越來越豐富，中短距離交流越來越普遍。舒適便捷的出行方式一直受到人們的尊重。其中，電動自行車、電動助力車、電動滑板車等兩輪車備受人們青睞。越來越多的兩輪車也產生了越來越多的安全問題，而這些問題大多與電池的散熱有關。

 

兩輪電動自行車電池的散熱設計應滿足以下要求：

1、兩輪車蓄電池組應滿足復雜試驗條件下的可靠性和安全性要求；

2、滿足復雜工況下熱環境的要求；

3、在有限的結構空間內滿足電池冷卻系統的限制性要求。

 

兩輪車蓄電池的散熱設計

使用散熱片散熱

在兩輪車鋰電池行業中，散熱片一般用于加熱電池組電路保護板中容易發熱的電子元件，并通常與熱硅樹脂結合完成散熱。圖1顯示了散熱片的設計方案。PCB板上有螺絲安裝孔，螺柱由供應商預先鉚接壓在散熱片上，形成散熱片組件。散熱片組件與安裝孔對齊，并用螺釘鎖定在加熱部件的保護板上。

一般建議在電子元件與散熱片之間預留足夠的空間，0.3~0.6mm，預留空間不宜過大，以免過多的膠合成本浪費，預留空間也不宜過小，以免散熱器與電子元件發生干擾，容易損壞電子元件。此時，通過熱硅膠在電子元件和散熱片之間形成熱傳遞系統。

散熱片具有將加熱部件產生的熱量散發到周圍空氣中的功能，使加熱部件的溫升不會或不會達到因過熱而失控的情況，并保持正常的輸出工作狀態。散熱片通常由鋁合金、青銅或黃銅制成薄片、板材和板材，散熱片的散熱能力與散熱片的材料、厚度和面積密切相關，設計者可以根據實際情況進行相應的調整。這種結構易于加工和安裝，成本相對較低，是最常見的散熱方式。

 

 

鋁基板散熱

鋁基板是由鋁作為金屬層基板制成的印刷電路板。電子元件以印刷電路板為載體，通過印刷電路板上的鍍銅電路實現元件之間的連接和傳導。傳統的印刷電路板基板是FR-4，它是環氧樹脂絕緣體，熱的傳導效果不是很好。

以FR-4為基板的印刷電路板的傳熱性能已經無法滿足一些高導熱性產品的需求，影響了印刷電路板在某些特定場合的使用。印刷電路板上的局部加熱無法有效排空，隨著時間的推移，熱量的積累容易導致電子元件罷工甚至故障等，而鋁基板工藝的出現可以在更大程度上解決散熱的主要問題。

圖2顯示了鋁基板的散熱結構。通常，鋁基板的單個面板由三層結構組成。第一層是表面層的線路層，電子元件可以通過SMT附著在線路層的不同點上，實現電路原理的連接和控制。第二層連接上下絕緣層，其材料為絕緣體，絕緣層需要具有良好的導熱性，導熱性越好，越有利于散熱，容易散熱。第三層是金屬基底，它連續地散發上述兩層的熱量。鋁基板具有更好的散熱性能和更低的熱阻，因此鋁PCB具有較長的壽命。在兩輪車動力電池領域，一般用于大功率、儲能產品的電動摩托車電池組。

 

 

有機硅熱片散熱

導熱硅膠片散熱方案也是常用的散熱方式之一。因為沒有絕對光滑的物體。在電子顯微鏡下，看似光滑的平面有不同程度的凸起或凹陷，這被稱為物體的表面粗糙度。當兩個不同的結構部件組裝在一起時，由于表面粗糙度的存在，會形成無數的微孔。微孔的存在不利于熱傳導，增加了熱傳播的熱阻。此時，可以在兩個物體之間引入能夠導熱的導熱硅樹脂片。

導熱硅膠片被賦予一定的預壓，因為硅膠材料柔軟，可以不同程度地進入微間隙，大大降低熱阻，改善結構件之間的熱傳導，有效地解決了兩個結構件間的熱傳導問題。以下是導熱硅樹脂片材的設計案例。圖3顯示了導熱硅樹脂片的散熱設計方案。電池單元安裝在塑料支架A和支架B的安裝孔中，支架上設有螺絲緊固結構，用于將電池單元緊緊固定。電池和電池之間的串聯和并聯連接是通過凸點焊技術完成的。

連接后，鋰電池電源組被充電，電池組不能直接接觸鋁圓柱體。在這種情況下，在導電片和鋁圓柱體的內壁之間存在一定的間隙。由于空氣的熱導率僅為0.0242W（/m·K），熱傳導受到嚴重阻礙。最終，電池和導電片的溫度積累將導致電池啟動溫度保護并停止供電工作。在該方案中，將導熱硅樹脂片引入電池組一側導電片和鋁圓柱體之間的間隙。為了考慮電池的可制造性，電池組的另一側用PC片絕緣。

電池組安裝在鋁筒中的設定位置，并且電池組通過螺釘從鋁筒的頂部固定，使得電池組緊密地附接到鋁筒的上側。這里需要注意的是，導熱硅樹脂片需要一定的預載荷，因此在設計時需要考慮導熱硅樹脂板的壓縮量。在有機硅壓縮范圍內，壓縮率越大，熱阻越小，導熱效果越好。導熱硅樹脂片可以去除間隙中的空氣，大大降低接觸熱阻。這樣，對于鋰離子電池的充電和放電，在放電過程中，電池芯和導電片產生的熱量可以通過熱硅樹脂片傳遞到鋁殼上，熱量通過鋁殼主體散發，以達到電池組正常工作的目的。

 

 

導熱灌封膠散熱

熱灌封膠通常分為環氧樹脂體系和有機硅橡膠體系。固化后的環氧樹脂體系的硬度是剛性的，固化后的有機硅橡膠體系的柔軟性是彈性的。有機硅橡膠體系又分為單組分機械灌封膠和雙組分機械灌注膠。單組分灌封膠粘接性能好，附著力強，相應的流動性會較差。雙組分灌封膠附著力差，但流動性好，固化快?？紤]到生產效率和固化速度的特點，電池組的整體填充方案通常選擇雙組分機械填充密封膠。

雙組分灌封膠在灌裝前單獨存放。使用時，兩種成分在專用填充設備中按一定比例充分均勻混合，并通過填充口進入電池組。灌封后，灌封膠混合物可在室溫下固化。圖4顯示了導熱灌封膠的散熱方案。鋁筒的兩側分別設有面殼和底殼，底殼和鋁筒通過螺釘固定形成鋁筒預處理，將電池組件組裝到鋁筒預加工上，然后將面殼組件與鋁筒鎖定形成半成品。底殼上開有兩個孔，一個用于涂膠，另一個用于排氣。

圖5顯示了電池組的截面。熱灌封膠通過灌封孔進入灌封通道，然后從灌封通道轉移到電池內部，填充電池內部。電池芯和保護板用灌封膠包裹。當電池工作時，熱源產生的熱量通過熱灌封膠及時傳遞到鋁殼上，從而降低熱源的溫度。同時，熱灌封膠方案還可以在電池中起到防水作用，提高電子元器件、電池和導電片的防水防潮性能。

熱灌封膠具有一定的彈性，在電池組振動、跌落、沖擊等可靠性測試中，可以有效減少外部沖擊對電池造成的損傷。但熱灌封膠粘劑散熱方案也存在重量相對較大、成本較高、不利于電池修復的缺點，建議設計者根據實際情況進行優化設計。

 

 

散熱方案比較與總結

散熱器散熱方案通常與熱硅樹脂相結合，用于加熱電池組電路保護板中容易發熱的電子元件。成本更經濟，是兩輪電池組最基本、最常見的冷卻方式。鋁基板散熱方案通常用于具有大功率和儲能產品的電動摩托車。在兩輪電池組領域，使用場景相對簡單。在相同形狀尺寸的條件下，成本比普通印刷板高出約30%。

導熱硅膠片散熱方案，由于硅膠片質地柔軟，易于修剪，大大提高了導熱硅膠片使用的便利性。在滿足隔熱功能的同時，可以考慮結構的導熱性和結構的阻尼。然而，熱導率略低于散熱器的熱導率。熱灌封膠散熱方案具有良好的嵌縫性能和防水功能。熱灌封膠的導熱性一般，優點是可以完全包裹熱源，與熱源的接觸面積最大。

因此，當電池組是防水的，并且電池單元有速率放電的要求時，這是一個很好的解決方案。然而，經過包裝后，不容易拆卸，而且維修更費力。灌封后的電池重量大，成本相對較高，如果對產品成本和維修有特殊需求，則有必要仔細考慮這種結構。