动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

电芯虽然有蓝膜包裹,但是模组设计中6个面都要考虑与周边金属物的绝缘,电芯之间的气凝胶既能缓冲、隔热又能绝缘。

电芯底部一般通过导热结构胶与液冷板胶接,液冷板则喷涂绝缘涂料。如果电芯底部开窗,一般在电芯底部增加绝缘板进行绝缘。

大部分动力电池已经取消模组上盖,现在上部绝缘与CCS的支撑件部分结合,再加上模组上部采用泡棉、云母纸、碳化硅橡胶绝缘。侧部同样大多采用云母纸、硅橡胶进行防火隔热和绝缘防护。

动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

那今天就重点介绍下,电芯与端板之间的绝缘板。

一、绝缘板功能

端板作为模组的金属支撑件(多为铝合金),通过绝缘板与电芯端部接触,若绝缘失效会导致电芯外壳与端板导通,引发电气短路。

1、抗拉伸强度:

电芯在充放电循环中会产生 5%-10% 的膨胀量(三元电芯更为明显),绝缘板需具备一定抗拉伸强度能力,避免因过度压缩导致绝缘层破损。

2、绝缘耐压

电芯蓝膜脱落时,考虑外壳与金属端板的绝缘隔离,需满足绝缘电阻≥100MΩ(正常使用)、≥500MΩ(BOL 初始状态),并承受 2700VDC 耐电压测试(60s 无击穿,漏电流 < 1mA)。

3、耐久性

绝缘板在模组内长期处于 – 40~85℃工作温度区间,需耐受电解液(碳酸酯类)腐蚀、湿热老化(85℃/85% RH)及振动冲击(10-2000Hz),在电池包全生命周期内绝缘性能达标。

二、常用绝缘板

1、环氧绝缘板(FR4 / EPGC 202)

作为常用的电工绝缘材料,FR4 由玻璃纤维布浸渍环氧树脂热压而成。

性能:介电强度≥30kV/mm(0.8mm 厚度即可耐受 2700V 高压),拉伸强度 100-140MPa,抗压缩强度≥80MPa,在膨胀力作用下几乎没有塑性变形。

优势:长期可耐 130℃,短期可承受 180℃高温(应对电芯局部热失控初期),双85测试 1000h 后,绝缘电阻保持率仍能达到≥90%。

适用场景:高功率模组(如商用车、储能电池)、快充场景及磷酸铁锂模组(循环寿命长)。

动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

2、PC(聚碳酸酯)绝缘板

PC抗冲击性和尺寸稳定性优良,成为三元软包模组常用绝缘材料:

性能:介电强度≥20kV/mm,缺口冲击强度≥60kJ/m²(是环氧板 的 3 倍以上),可吸收电芯快速膨胀的冲击力。

优势:透光性好(便于视觉检测),表面光滑(Ra≤0.8μm),不会划伤软包电芯的铝塑膜外壳;长期使用温度 – 40~120℃,可以满足常规的模组使用环境。

适用场景:三元软包模组(铝塑膜外壳脆弱需保护)。

动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

3、玻纤增强工程塑料板(PBT+30% 玻纤 / PP+20% 玻纤)

PET和PP复合材料绝缘板通过玻纤增强实现性能均衡:

性能:介电强度 20-25kV/mm;抗压缩强度 50-70MPa,热变形温度 120-150℃,可耐受电芯循环膨胀与短时的高温。

优势:成型精度高(厚度公差 ±0.05mm),可设计凹槽、通孔等结构匹配端板与电芯轮。

适用场景:常规乘用车方形模组(三元 / 磷酸铁锂通用)、电芯膨胀量中等(5%-8%)的场景。

二、复合绝缘板

现在更多用的是类似气凝胶的复合类材料,具有缓冲、隔热和绝缘功能,根据项目不同采用不同的泡棉和隔热材料。

1、云母带+pi泡棉+MPP隔热片

产品厚度:2mm

导热系数:0.019-0.036

压缩比:

10%:0.10Mpa-0.35Mpa

50%:0.20Mpa-045Mpa

70%:0.38Mpa-0.80Mpa

冷热面温度对比: 650度/190度 (T= 2mm 10分钟

极限耐温:900度

动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

参数和图片来自:湖南睿达云母

2、气凝胶(隔热材料)+保护膜+MPP隔热片

动力电池模组系统安全设计(十)绝缘板

图片来自:东莞硅翔专利CN202322414986带有MPP框的隔热垫

3、离型纸手撕设计:

绝缘板、气凝胶一般双面背胶,粘贴时需要剥离离型纸。

离型纸,又称防粘纸。主要起到隔离带有粘性的物体的作用,在使用时需要被剥离、扔弃。

绝缘板粘贴时撕掉离型纸,一般要求离型纸设计手撕部分,手撕部位不用粘胶,便于PACK产线进行自动化剥离。

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