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影響電動(dòng)汽車電池間隙填充物可返修性的三個(gè)因素

時(shí)間:2020-10-25 15:54來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       雖然不同汽車制造商擁有著不同的電動(dòng)汽車電池組設(shè)計(jì),但通常情況下,將電池固定在冷卻板上,不僅需要緊固件,還需要一種名為間隙填充物的導(dǎo)熱聚合材料。在此類應(yīng)用中,由于間隙填料在固化前能夠適應(yīng)表面粗糙度,所以其表現(xiàn)優(yōu)于熱墊,熱阻抗較低。間隙填料能夠很好地附著在表面上,在正常運(yùn)行過程中提供機(jī)械支撐,并滿足原始設(shè)備制造商嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。但是,如果需要拆卸電池,其高粘著力也會(huì)帶來挑戰(zhàn)。
(圖片來源:chargedevs)
 
       在常規(guī)電池組設(shè)計(jì)中(如圖1所示),電池模塊緊密地挨在一起,以最大限度地提升空間和能量密度。但是,殼體內(nèi)的電池排列過于緊湊,不容易拆卸,例如從邊緣和垂直方向剝離電池。
圖1
 
       在拆卸和更換有故障的電池模塊時(shí),只有不破壞其它模塊或冷卻板,這樣的電池組才具有可返修性。拆卸電池模塊所需要用的力取決于間隙填料的粘接強(qiáng)度,而這又取決于間隙填料的表面性能、機(jī)械強(qiáng)度和電池拆卸條件。在電動(dòng)汽車市場,電池具有可返修性非常重要。首先,電池組可重復(fù)使用和回收,可以減少浪費(fèi),推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展,對(duì)環(huán)境具有明顯影響;此外,還會(huì)產(chǎn)生切實(shí)的經(jīng)濟(jì)影響。
 
       粘著失效模式
 
       在下面幾段所示的方框圖中,箭頭表示從左向右移動(dòng)CoolTherm®間隙填料樣品時(shí),平均拉力增加(紅色)或減少(綠色)。對(duì)樣本均值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn),α值為0.05,以評(píng)估拉力均值的差異是否具有統(tǒng)計(jì)意義。故障模式通過每個(gè)方框圖旁邊的代表性圖像顯示。故障模式定義如下:
 
       粘結(jié)性(coh)失效:大量間隙填充物明顯失效,兩種基材都存在間隙填充物。
 
       粘合劑(adh)失效:基材與間隙填充物之間的界面失效,只有一個(gè)表面上有間隙填充物。
 
       混合(mix)失效:粘合劑和粘合失效的混合體,基材的某些部分上沒有任何間隙填充物。
 
       相比之下,從熱傳輸角度來看,一些原始設(shè)備制造商更愿意遇到粘結(jié)性(coh)材料失效;但是,粘合劑(adh)失效更易于清洗。正如我們下面將看到的,間隙填充物失效不僅材料特性,也是基材表面作用的結(jié)果。
 
       影響間隙填料返修性的三個(gè)因素
 
       1)拉力的表面效應(yīng)
 
       為了評(píng)估粗糙表面對(duì)拉力的影響,對(duì)T型鋼表面進(jìn)行噴砂處理。使用表面粗糙度測試儀(Mitutoyo,SurftestSJ-210),根據(jù)ISO1997測量表面粗糙度。清潔鋁表面的平均粗糙度(Ra)為0.35±0.05µm,而噴砂表面的平均粗糙度(Ra)為4.66±0.30µm。
 
       噴砂處理后的表面粗糙度約為原始表面的10倍。新鋁和噴砂的垂直拉力如圖2所示,其中噴砂表面的平均拉力增加了17%。二者的平均值差異很明顯。
 
       如圖2中所示,失效模式也可以從新鋁表面的粘合劑/混合式(adh/mix)切換到噴砂表面的粘結(jié)性失效(coh)。這一結(jié)果顯示,在測試垂直拉拔可再加工間隙填料時(shí),定義基材表面粗糙度十分重要。
       2)拉速的影響
 
       結(jié)合聚合物的粘彈性行為,研究人員測量了拉速(應(yīng)變率)對(duì)拉力的影響,結(jié)果如圖3所示。粘結(jié)間隙保持在1mm不變。很明顯,拉力隨著拉速的增加而增長。然而,在12 mm/min之后,就被測試的間隙填料而言,拉力增加不太明顯,但失效模式明顯不同。在1mm/min時(shí),為粘結(jié)性(coh)失效模式。當(dāng)速度大于或等于12 mm/min時(shí),主要為粘結(jié)劑(adh)失效模式,偶有混合(mix)。請(qǐng)參見下圖。
       3)粘結(jié)層厚度的影響
 
       下一個(gè)研究變量是粘結(jié)層厚度對(duì)拉力的影響(圖4)。當(dāng)結(jié)合間隙從1 mm增加到3 mm時(shí),拉力減小。失效模式從1mm時(shí)的粘合劑/混合性(adh/mix)失效,完全轉(zhuǎn)變?yōu)?mm和3mm時(shí)的粘合劑(adh)失效。
       行業(yè)考慮事項(xiàng)
 
       如果電池可以從邊緣垂直拉動(dòng),比起從中心均勻施力,拉力可以減少50%以上。我們測試的CoolTherm®間隙填充物的失效模式,從邊緣拉出時(shí)是完全粘合劑(adh)失效,而從中心拉出時(shí)是粘合劑/混合性(adh/mix)失效。
 
       電池模塊組裝緊密,因此可能無法從邊緣進(jìn)行剝離。從等于1.4度角的邊緣拉出時(shí),在結(jié)合點(diǎn)分離前,邊緣的平均位移僅為0.6 mm。對(duì)于通常尺寸電池模塊(40 cm×20 cm)來說,同樣是1.4度角,模塊之間的間隙需要達(dá)到4-5 mm,才能方便拆卸。比起從中心拉出或在模塊表面施加相等的力,這可以將所需的力降低50%以上,大大減少損壞冷卻板的可能性。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電池 電動(dòng)汽車 間隙填充物
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