基于新能源汽車充電樁框架的絕緣材料應用進展

趙紅霞

摘要：在新能源汽車充電樁的組裝及使用中，絕緣材料發揮著重關重要的作用。本文圍繞充電樁框架中的絕緣材料應用及相關技術進行分析，探討充電樁框架中的部件、組件等應用絕緣材料的優勢，提出新能源汽車充電樁框架中使用的絕緣材料的應用前景十分廣泛。

Abstract： In the assembly and use of new energy vehicle charging piles， insulating materials play an important role. This paper analyzes the application of insulating materials in charging pile frames and related technologies， discusses the advantages of applying insulating materials such as components and assemblies in charging pile frames， and proposes that the application prospects of insulating materials used in charging pile frames for new energy vehicles are very broad.

關鍵詞：新能源汽車;充電樁;絕緣材料

Key words： new energy vehicles;charging piles;insulation materials

0 ?引言

新能源汽車充電樁是新能源汽車應用中的核心部件，其主要部件如電源模塊等，一直存在的散熱問題有待解決。在新能源汽車充電樁材料應用領域中，可利用導熱絕緣片等新型材料，達到充電樁框架中電源模塊等組件的絕緣與散熱效果，經過實踐后獲得了良好的效果。

1 ?新能源汽車充電樁與絕緣材料

隨著新能源汽車發展進程的不斷加快，開拓新能源汽車充電樁的功能運用性成為當務之急。導熱絕緣片作為充電樁框架中重要的導熱材料，擁有良好市場發展前景。

目前應用在新能源汽車中半導體晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等產品，在功率模塊上的應用效果良好。新能源汽車充電器主要由AC/DC、變換器和DC/DC變換器構成PFC變換器，可使工作效率顯著提升，輸出濾波電感和電容的紋波電壓、紋波電流等減小濾波電感和電容體積，降低電流波紋，提高電容工作的可靠性，將整個變換器體積的減小。導熱絕緣片的性能與傳統的器件相比，能夠在更高的工作溫度和較高的工作電壓下具有更高的電子飽和漂移速度，可應用于承受擊穿電壓較高的部位[1]。

2 ?新能源汽車充電樁中絕緣材料的應用

2.1 導熱絕緣片在新能源汽車充電樁中的應用

導熱絕緣片主要位于充電樁的散熱模塊部位，采用TIS導熱絕緣片無論是對于快充充電樁的運行還是慢充充電樁的運行都具有良好的效果。傳統的簡單風扇散熱器和原有的導熱陶瓷片，已經不能滿足高效率、高熱量的電源模塊的導熱需求。針對充電樁基本的結構、連接位置、電線電纜、內部元件等特性，采用TIS系列導熱硅膠片，可實現高效的絕緣性能。TIS系列導熱絕緣片，能夠同時達到導熱和絕緣的效果。材料使用時：將絕緣性的硅膠片放入到導熱材料中，能夠實現低熱阻的高壓絕緣，具有良好的傳導性與良好的電介質強度，保障充電樁能夠高效率地工作。從而實現新能源汽車智能化、輕量化、集成化使用[2]。

在新能源汽車發展過程中，采用提高功率變換器高溫下的可靠性技術，針對冷卻系統要求高的情況下，在功率轉換器部分要求冷卻系統保持在70度左右的時候仍能正常工作。導熱片工作結溫達到300度。采用寬禁帶器件構成的功率轉換器，可在更高的環境溫度下正常工作，也可以將引擎冷卻系統和功率轉換器系統合二為一。

2.2 阻燃塑料在新能源充電樁中的應用

阻燃材料在新能源充電樁中，主要運用于充電連接元件、充電樁、殼體、電源模塊、外殼、充電器等可見部件。其具有良好的阻燃性、高耐熱性和電氣絕緣性。由于連接器件是金屬，使用中插拔次數較高，材料應具有耐熱性和阻燃性，才能避免引起火災。例如無鹵阻燃材料滿足阻燃性，并具有抗金屬腐蝕性的特點，且熱穩定較好。運用阻燃塑料尼龍材料，可實現新能源汽車高壓充電系統的良好的絕緣性能。在汽車充電連接元件用料上，阻燃塑料運用較多，其具有防火、防水、防電、防爆的特點，在充電樁殼、體、插頭、插座、電源模塊、外殼等運用較多。在插頭、插座部位目前還使用一系列改性材料，其耐熱性能更強。薄壁PP材料可實現充電樁減重，薄壁化的充電材料采取更薄的壁厚設計，取代傳統較厚的壁厚設計。充電樁作為新能源汽車使用中的重要功能部件，在功能上需要得到保護，更要追求輕量化，使用薄壁PP材料，能夠有效的降低其重量，同時也能發揮阻燃的作用。薄壁PP材料具有高模量、高韌性和高流動性的性能，能夠在材料充模時減少流動空間，增大流動阻力，在模具溫度等條件的設定上可以避免缺膠問題。通過制件結構的優化，設計材料自身模量提高，可以緩沖外界沖擊，具有很好的抗沖擊能力。其發展與汽車輕量化趨勢相配合，滿足了充電樁的配套設施和零部件的使用要求[3]。阻燃材料為電池框架提供絕緣性能，動力電池系統作為汽車的能量存儲裝置，給電動汽車的驅動提供能量，可擁有多個電池管理系統，包含多個電池包、動力電池、阻燃系統，阻燃材料成為動力電池模組結構中首選材料。阻燃塑料充分考慮電池串聯、高壓連接間的絕緣保護問題，滿足電池模塊的裝配松度適中、各個結構件具有足夠的強度的要求，防止電池因內外力作用發生破壞。

采用阻燃材料為電池框架減重與絕緣，實現了動力電池模組作為動力電池系統的結構之一的良好運行。其采用并聯的方式，將保護線路和外殼進行組合，經串聯形成動力電池單體，再結合整車設計要求的前提下，再進行電池模組的設計，根據動力電池系統設計的整體要求，將組件結構形狀加以確定，采用電池成組固定的方式，各個結構部件都有足夠的強度，充分考慮了電池串聯后高壓連接間的絕緣問題，防止爬電距離和絕緣間隙[4]。阻燃塑料作為電池模組結構間的首選材料，在設計過程中要求質量輕，且塑料具有多種材料的廣泛選擇性，可以滿足電池裝配和安全需求。

表1為輕量化材料在新能源汽車充電樁中使用時的部分參數。

阻燃PA66材料相對目前電池模組構件常用的PC材料和ABS材料等，保證阻燃等級的情況下，還有更小的密度，可為電池組降低重量。

2.3 阻燃耐候材料在新能源充電樁中的應用

隨著新能源汽車的發展，結合充電樁的使用場地，室內充電樁和室內外充電樁的防護等級都要達到P32以上。尤其是在面對外部惡劣天氣的時候，充電樁要具有良好的壁壘條件與絕緣性，防護等級需達到IP54，方能保證車身安全、充電設備安全和人身安全。充電樁對材料的耐候性和抗沖擊性等性能具有較高要求，在配套設施上要求使用更好的阻燃耐候材料，保障充電樁安全運行。目前經過測試項目以及實驗之后，輕量化材料是未來新能源汽車的發展趨勢，例如輕量化的導熱硅膠片可以為動力電池減負。在動力電池中包含了多達幾十片的導熱硅膠片，提高動力電池能量密度的前提下，能夠實現新能源汽車導航里程的增加，而且導熱硅膠片使用密度輕量化的特性，使得新能源汽車動力電池的性能增多，實現了可持續發展和節能減排雙重目標[5]。塑料和復合材料結合，可形成性能優異的輕質材料。如碳刷座絕緣件對應于待沖壓成型的碳刷座絕緣件內脫板的形狀，有與內脫板的形狀一致的開口，凹模板中間下模組件有與碳刷座絕緣件上的安裝孔對應的沖針孔，從上到下依次布置有導柱固定板和底板，沖針孔的周壁和內脫板的外周緣設有吹氣孔。通過吹氣孔提高模具的排料排屑能力，避免因排料排屑不暢引起一系列問題。

3 ?結語

新能源汽車充電樁框架中絕緣材料的選擇與應用，在新能源汽車使用性能和安全保障上發揮重要的作用。未來在政策扶持和市場刺激下，新能源汽車消費趨勢將不斷升溫，充電樁材料的應用也會隨著充電樁的需求不斷猛增而不斷進行研發與升級。應針對新能源汽車充電樁系統的功能需求進行材料方案的設計，圍繞防火、防電、防水等，在充電樁殼體、插頭、插座、電源模塊、充電器等方面充分運用阻燃、絕緣的優良材料，提高新能源汽車充電樁的使用性能。

參考文獻：

[1]洪機劍，劉兵，盧煥青.新能源汽車充電樁用絕緣材料應用研究進展[J].絕緣材料，2018，51（11）：21-24，33.

[2]常昊成.新能源汽車電氣絕緣檢測和監測方法的應用[J].建筑工程技術與設計，2018（13）：5017.

[3]吉林嘉科米尼科技有限公司.一種新能源汽車高壓配電箱環氧樹脂硫化絕緣母線：CN201910670888.2[P].2019-09-20.

[4]上海大郡動力控制技術有限公司.新能源汽車電機控制器三相絕緣檢測裝置：CN201822002219.1[P].2019-07-30.

[5]廈門弘誠絕緣材料有限公司.一種新能源汽車碳刷座絕緣件沖壓模具：CN201910247748.4[P].2019-06-28.