陶氏新能源用硅橡胶解决方案

时间：2023-07-27来源:全球有机硅网

全球有机硅网7月27日讯：新能源汽车在全球取得了令人瞩目的成就，2022年全球销量达到1052.4万辆，同比增长61.6%。当然，对全球汽车销量的主要贡献来自中国，中国新能源汽车销量达到688.4万辆，占全球市场的63.6%。预计2025年和2030年，全球新能源汽车销量将分别达到2542.2万辆和5212万辆。新能源汽车的渗透率将继续提高，到2030年将超过50%。

随着新能源汽车在中国和世界的发展，充电设施，尤其是充电桩，已经成为一个很大的瓶颈。据德勤发布的《2022年全球汽车消费者研究》显示，欧美消费者对替代燃料汽车的担忧主要包括续航里程不足、充电桩数量不足、充电速度不足以及电池存在安全隐患。对充电设施的需求主要集中在更多的数量和更快的充电速度上。

由于直流快速充电桩比交流充电桩具有更高的电压和功率以及更快的充电速度——交流充电桩（6kW）为10-40英里/小时，而直流快速充电桩（50-350kW）为100-300英里/小时——直流快速充电是充电桩的必然趋势，在全球范围内有很大的发展空间。

在充电桩的设计中，哪些材料会影响其性能，哪些材料将是未来的使用趋势？本文主要讨论充电桩的材料选择。

Part 1

充电设施中有哪些模块？

最近，我们一直在尝试对智能汽车和相关产品进行拆解和分析工作。充电桩也将在机会出现时进行拆卸。

根据电动汽车的充电方式，充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩。目前，交流充电桩主要集中在家用场景，成本较低。一辆普通的纯电动汽车充满电需要8个多小时，也就是俗称的“慢充”。直流充电桩能够直接为电池充电。它以三相四线制连接到电网，可以提供足够的电力。输出电压和电流可以在很宽的范围内调节，通常称为“快速充电”。

◎慢充桩：主要包含充电枪、充电线缆、本体、充电保护

◎快充桩：主要包含充电枪、充电线缆、本体、热管理系统、充电模块、充电保护、交互等等

在实际应用中，快速充电桩是直流充电系统的一部分，可分为变压器、配电柜、直流充电器和充电桩，与电网密切相关。这也是本文的主要关注点。

典型的直流充电器主要包括：

◎充电电源模块：完成把380V AC交流输入转换为直流电压和能量转换

◎智能控制模块：包括电源和控制部分，基本功能是完成与电动汽车的通信，并根据电动汽车的需求实现充电控制功能。它包括远程通信、温度控制、直流负载保护、漏电保护、外部交互的接口，以及向用户输入信息和显示状态的接口

◎充电线缆和充电接口：这部分是为了进一步将充电桩与电动汽车连接起来

Part 2

充电设施里面的材料选择

高性能超级充电桩需要具备以下特点：

◎高功率

充电桩的输出功率直接限制了电动汽车的充电速度。大功率公共快速充电桩显得尤为重要。大功率充电主要在两个方面得到改善：电流和电压。提升功率主要是两个因素的结合。电压平台的改进需要与乘用车和商用车电压平台的增加同步。现在主要的设计规范要求充电电流在800V电压平台周围逐渐增加到500A。

◎长寿命

充电运营能力的核心是收入、成本和效率。在收费服务费有限且量化的情况下，如何降低费用、增加收入、提高收费运营的收入，是收费运营商改善运营条件的最有效途径，即成本和效率。核心是固定资产的折旧可以转换为长寿命周围的许多年，因此我们需要注意充电桩的寿命设计。

◎免维护

充电桩的应用场景多种多样。除了环境条件相对稳定的地下车库外，还包括暴露在风和阳光下的室外环境，甚至包括一些极端环境，如沿海码头、尘土飞扬的矿区等。设施需要在各种条件下稳定工作。

◎安全

由于充电设施是一种能量转换装置，因此在滚动和重复使用过程中，电力消耗涉及充电电缆和连接器的使用，同时也确保了安全性能。

因此，在充电桩，特别是超级充电桩的设计中，需要使用大量创新材料。在这里需要什么功能材料呢？

◎导热：充电桩和电线会产生热量。随着充电模块散热技术的演进，如何通过高导热材料与外界的热交换来达到散热效果；或者可以使用更复杂的液体冷却技术来解决充电桩内部的散热问题，这需要良好的导热材料和热管理解决方案。

◎密封：水冷系统的处理，以及模块的处理，实际上，充电模块包含对环境敏感的设备（灰尘、水蒸气、盐雾等），如电容器、半导体、磁性元件等；它还包括发热量高的电力设备，如何解决这些部件的环保水平需要大量考虑。

◎绝缘：当涉及到交流和直流部件，特别是用户可以进入的位置时，绝缘能力是保护用户安全的一个非常重要的部分。

Part 3

充电设施的设计细节

——对材料的需求

在研究充电桩的设计时，我们发现陶氏的冷却和导热材料有很多应用，主要在以下充电的部件中：

● 超级充电冷却液

DOWSIL™ DCF-18浸没冷却液是一种安全、耐高温、不易燃的液体，可有效提高冷却和导热性能。推荐用于油冷超级充电枪电缆，这种液体具有优异的粘温性能、热氧化稳定性、电绝缘性能，无毒无害，不会滋生细菌和霉菌。

● 超级充电枪水冷导热管（导热硅橡胶）

随着增压市场的兴起，特别是陶氏公司HTE5015-90U导热硅橡胶的开发和推出，水冷增压枪解决方案的关键技术挑战——冷却水管必须同时具有高导热性和高强度和韧性材料，越来越多的超快充电枪正在使用水冷解决方案。

在水冷超级充电枪方案中，使用的液体介质是由水和乙二醇或丙二醇组成的冷却剂。这种类型的冷却介质不仅价格低廉，而且在许多循环泵体的长期应用和实施中具有成熟的经验。然而，长期以来，这种技术方案一直受到高导热冷却水管的限制。在模拟计算和实际测试中都发现，如果冷却水管的导热系数不够，当充电电流超过一定值时，无论循环泵中的冷却液循环得多快，热量都无法有效带走，因此有必要提高热水管的导热率。

HTE50105-90U正是基于这一背景而出现的，其热导率为1.5W/m.K，可以冷却600A电流超级充电枪的电缆并提供热保护。同时，这种材料具有良好的物理性能和抗恶劣环境的能力，可用于挤出导热硅胶管。它具有很高的硬度和强度，可以直接与电缆绞合。同时，它还具有足够的灵活性、足够的使用寿命、耐高低温性和耐冷却剂性，最重要的是，良好的电气绝缘性，可以为超级充电枪提供长期保护。

● 超级充电枪枪头的导热灌封/密封

在设计超级充电枪时，除了考虑电缆的加热和散热外，还需要考虑散热问题。由于充电终端在大功率运行过程中也会产生大量热量，但由于充电枪的尺寸和重量设计，目前很难用空气冷却来解决散热问题。此时，大多需要使用导热灌封胶来达到良好的散热效果。

有数据证明，DOWSIL具有4.0W/m.K的热导率™ TC-6040可以快速冷却充电过程中过热的充电枪，不仅防止其发热，还可以确保系统内部模块，特别是最重要的逆变器模块的长期可靠性。同时，超级充电枪的另一个重要因素是使用了密封剂和密封圈，这不仅确保了冷却液不泄漏，还确保了环境风、霜、雨、雪不会进入充电枪。使用SiLASTIC™RBB-6300-50、RBB-2030-40、DY32-502U、DY32-366U等材料制成的橡胶密封圈和线束密封圈具有良好的防水效果。

● 超级充电桩导热灌封

新一代直流快充模块的主要特点是采用全胶填充技术，使模块能够适应恶劣的工作环境。通过在海南、西双版纳、敦煌、拉萨等外场进行积尘高湿测试、加速高盐雾测试和长期可靠性测试，验证了模块在恶劣场景下的长期可靠性。

这里涉及一个重要问题：在粘合过程之后，需要确认每个加热部件的工作温度和状态，以达到整个寿命的预期工作时间。因此，这一工艺对直流快充模块的热管理提出了严格的要求，尤其是对布局和器件散热设计提出了更高的性能要求。此外，在这个过程中，模块效率、热管理和模块可靠性将相互作用，并决定整个直流快速充电模块的整体特性。

DOWSIL™ TC-6015导热灌封胶作为一种快速导热热胶，为充电模块的长期运行提供了足够的稳定性和可靠性。

小结：在充电设施的快速发展中，除了电源、电缆、接口等模块工程设计的不断完善外，还离不开材料技术的进步。各种基础材料特性的改善体现在新能源产业链的方方面面。好的材料是工程设计的基础，是各种设施设备快速建设背后的保障。

东莞市兴宇高分子材料有限公司是专业陶氏（道康宁）系列产品的代理，有十三年以上陶氏硅橡胶系列材料的熟悉度，公司位于港珠澳大湾区中心地段、水乡片区-东莞高埗，自公司成立以来一直秉承着“以诚待人﹑以德经商”的经营理念，经营品牌：陶氏（道康宁），产品包括：固态硅橡胶、液态硅橡胶、医疗级硅橡胶、氟硅胶、硅油等及特殊材料。公司为美国DOW的授权经销商，服务于生产厂商，如HUAWEI﹑OPPO、VIVO、BYD、Amazon、Apple、ROYAL、PHILIPS等知名品牌企业。 

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