基于新能源汽车充电桩框架的绝缘材料应用进展

新能源汽车充电桩是新能源汽车应用中的核心部件，其主要部件如电源模块等，一直存在的散热问题有待解决。在新能源汽车充电桩材料应用领域中，可利用导热绝缘片等新型材料，达到充电桩框架中电源模块等组件的绝缘与散热效果，经过实践后获得了良好的效果。

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新能源汽车充电桩与绝缘材料

随着新能源汽车发展进程的不断加快，开拓新能源汽车充电桩的功能运用性成为当务之急。导热绝缘片作为充电桩框架中重要的导热材料，拥有良好市场发展前景。

目前应用在新能源汽车中半导体晶体管、绝缘栅双极型晶体管等产品，在功率模块上的应用效果良好。新能源汽车充电器主要由AC/DC、变换器和DC/DC 变换器构成PFC 变换器，可使工作效率显著提升，输出滤波电感和电容的纹波电压、纹波电流等减小滤波电感和电容体积，降低电流波纹，提高电容工作的可靠性，将整个变换器体积的减小。导热绝缘片的性能与传统的器件相比，能够在更高的工作温度和较高的工作电压下具有更高的电子饱和漂移速度，可应用于承受击穿电压较高的部位[1]。

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新能源汽车充电桩中绝缘材料的应用

2.1 导热绝缘片在新能源汽车充电桩中的应用

导热绝缘片主要位于充电桩的散热模块部位，采用TIS 导热绝缘片无论是对于快充充电桩的运行还是慢充充电桩的运行都具有良好的效果。传统的简单风扇散热器和原有的导热陶瓷片，已经不能满足高效率、高热量的电源模块的导热需求。针对充电桩基本的结构、连接位置、电线电缆、内部元件等特性，采用TIS 系列导热硅胶片，可实现高效的绝缘性能。TIS 系列导热绝缘片，能够同时达到导热和绝缘的效果。材料使用时：将绝缘性的硅胶片放入到导热材料中，能够实现低热阻的高压绝缘，具有良好的传导性与良好的电介质强度，保障充电桩能够高效率地工作。从而实现新能源汽车智能化、轻量化、集成化使用[2]。

在新能源汽车发展过程中，采用提高功率变换器高温下的可靠性技术，针对冷却系统要求高的情况下，在功率转换器部分要求冷却系统保持在70 度左右的时候仍能正常工作。导热片工作结温达到300 度。采用宽禁带器件构成的功率转换器，可在更高的环境温度下正常工作，也可以将引擎冷却系统和功率转换器系统合二为一。

2.2 阻燃塑料在新能源充电桩中的应用

阻燃材料在新能源充电桩中，主要运用于充电连接元件、充电桩、壳体、电源模块、外壳、充电器等可见部件。其具有良好的阻燃性、高耐热性和电气绝缘性。由于连接器件是金属，使用中插拔次数较高，材料应具有耐热性和阻燃性，才能避免引起火灾。例如无卤阻燃材料满足阻燃性，并具有抗金属腐蚀性的特点，且热稳定较好。运用阻燃塑料尼龙材料，可实现新能源汽车高压充电系统的良好的绝缘性能。在汽车充电连接元件用料上，阻燃塑料运用较多，其具有防火、防水、防电、防爆的特点，在充电桩壳、体、插头、插座、电源模块、外壳等运用较多。在插头、插座部位目前还使用一系列改性材料，其耐热性能更强。薄壁PP 材料可实现充电桩减重，薄壁化的充电材料采取更薄的壁厚设计，取代传统较厚的壁厚设计。充电桩作为新能源汽车使用中的重要功能部件，在功能上需要得到保护，更要追求轻量化，使用薄壁PP 材料，能够有效的降低其重量，同时也能发挥阻燃的作用。薄壁PP 材料具有高模量、高韧性和高流动性的性能，能够在材料充模时减少流动空间，增大流动阻力，在模具温度等条件的设定上可以避免缺胶问题。通过制件结构的优化，设计材料自身模量提高，可以缓冲外界冲击，具有很好的抗冲击能力。其发展与汽车轻量化趋势相配合，满足了充电桩的配套设施和零部件的使用要求[3]。阻燃材料为电池框架提供绝缘性能，动力电池系统作为汽车的能量存储装置，给电动汽车的驱动提供能量，可拥有多个电池管理系统，包含多个电池包、动力电池、阻燃系统，阻燃材料成为动力电池模组结构中首选材料。阻燃塑料充分考虑电池串联、高压连接间的绝缘保护问题，满足电池模块的装配松度适中、各个结构件具有足够的强度的要求，防止电池因内外力作用发生破坏。

采用阻燃材料为电池框架减重与绝缘，实现了动力电池模组作为动力电池系统的结构之一的良好运行。其采用并联的方式，将保护线路和外壳进行组合，经串联形成动力电池单体，再结合整车设计要求的前提下，再进行电池模组的设计，根据动力电池系统设计的整体要求，将组件结构形状加以确定，采用电池成组固定的方式，各个结构部件都有足够的强度，充分考虑了电池串联后高压连接间的绝缘问题，防止爬电距离和绝缘间隙[4]。阻燃塑料作为电池模组结构间的首选材料，在设计过程中要求质量轻，且塑料具有多种材料的广泛选择性，可以满足电池装配和安全需求。

2.3 阻燃耐候材料在新能源充电桩中的应用

随着新能源汽车的发展，结合充电桩的使用场地，室内充电桩和室内外充电桩的防护等级都要达到P32 以上。尤其是在面对外部恶劣天气的时候，充电桩要具有良好的壁垒条件与绝缘性，防护等级需达到IP54，方能保证车身安全、充电设备安全和人身安全。充电桩对材料的耐候性和抗冲击性等性能具有较高要求，在配套设施上要求使用更好的阻燃耐候材料，保障充电桩安全运行。目前经过测试项目以及实验之后，轻量化材料是未来新能源汽车的发展趋势，例如轻量化的导热硅胶片可以为动力电池减负。在动力电池中包含了多达几十片的导热硅胶片，提高动力电池能量密度的前提下，能够实现新能源汽车导航里程的增加，而且导热硅胶片使用密度轻量化的特性，使得新能源汽车动力电池的性能增多，实现了可持续发展和节能减排双重目标[5]。塑料和复合材料结合，可形成性能优异的轻质材料。如碳刷座绝缘件对应于待冲压成型的碳刷座绝缘件内脱板的形状，有与内脱板的形状一致的开口，凹模板中间下模组件有与碳刷座绝缘件上的安装孔对应的冲针孔，从上到下依次布置有导柱固定板和底板，冲针孔的周壁和内脱板的外周缘设有吹气孔。通过吹气孔提高模具的排料排屑能力，避免因排料排屑不畅引起一系列问题。

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结语

新能源汽车充电桩框架中绝缘材料的选择与应用，在新能源汽车使用性能和安全保障上发挥重要的作用。未来在政策扶持和市场刺激下，新能源汽车消费趋势将不断升温，充电桩材料的应用也会随着充电桩的需求不断猛增而不断进行研发与升级。应针对新能源汽车充电桩系统的功能需求进行材料方案的设计，围绕防火、防电、防水等，在充电桩壳体、插头、插座、电源模块、充电器等方面充分运用阻燃、绝缘的优良材料，提高新能源汽车充电桩的使用性能。