影響電動汽車電池間隙填充物可返修性的三個因素
時間: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汽車電池組設計，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熱聚合材料。在此類應用中，由于間隙填料在固化前能夠適應表面粗糙度，所以其表現優于熱墊，熱阻抗較低。間隙填料能夠很好地附著在表面上，在正常運行過程中提供機械支撐，并滿足原始設備制造商嚴格的標準。但是，如果需要拆卸電池，其高粘著力也會帶來挑戰。
（圖片來源：chargedevs）
在常規電池組設計中（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，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度，而這又取決于間隙填料的表面性能、機械強度和電池拆卸條件。在電動汽車市場，電池具有可返修性非常重要。首先，電池組可重復使用和回收，可以減少浪費，推動可持續發展，對環境具有明顯影響；此外，還會產生切實的經濟影響。
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CoolTherm®間隙填料樣品時，平均拉力增加（紅色）或減少（綠色）。對樣本均值進行配對t檢驗，α值為0.05，以評估拉力均值的差異是否具有統計意義。故障模式通過每個方框圖旁邊的代表性圖像顯示。故障模式定義如下：
粘結性（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，一些原始設備制造商更愿意遇到粘結性（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果。
影響間隙填料返修性的三個因素
1）拉力的表面效應
為了評估粗糙表面對拉力的影響，對T型鋼表面進行噴砂處理。使用表面粗糙度測試儀（Mitutoyo，SurftestSJ-210），根據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性失效（coh）。這一結果顯示，在測試垂直拉拔可再加工間隙填料時，定義基材表面粗糙度十分重要。
2)拉速的影響
結合聚合物的粘彈性行為，研究人員測量了拉速(應變率)對拉力的影響，結果如圖3所示。粘結間隙保持在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，為粘結性(coh)失效模式。當速度大于或等于12 mm/min時，主要為粘結劑（adh）失效模式，偶有混合（mix）。請參見下圖。
3)粘結層厚度的影響
下一個研究變量是粘結層厚度對拉力的影響（圖4）。當結合間隙從1 mm增加到3 mm時，拉力減小。失效模式從1mm時的粘合劑/混合性（adh/mix）失效，完全轉變為2mm和3mm時的粘合劑（adh）失效。
行業考慮事項
如果電池可以從邊緣垂直拉動，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，從邊緣拉出時是完全粘合劑（adh）失效，而從中心拉出時是粘合劑/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行剝離。從等于1.4度角的邊緣拉出時，在結合點分離前，邊緣的平均位移僅為0.6 mm。對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。
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