０ 引言
随着新能源轿车的发展，电动轿车安全功能备受关注，随之而来的动力电池的安全功能极为重要。动力电池的热管理系统是保持电池内和电池间的温度均衡，一起把电池绝对温度控制在合理范围内，以确保电池安全性的关键环节。而导热硅胶垫在热管理系统中位于液冷板和电芯极耳之间，以完成液冷系统与电芯之间的热传导，然后到达给电芯降温的作用。根据它在热管理系统中的导热传热作用，其导热功能的表现最为重要。
由于导热硅胶本身硬度较低、强度很小，直接贴在液冷板上运用，或许会破损或者被液冷板的毛刺等刺穿，引发绝缘失效。所以实际运用中的导热硅胶垫都添加一层强化资料，即导热硅胶垫以PI膜或矽胶布为基材，以导热硅胶为主体填充材料。
导热硅胶垫一般位于液冷板和电芯极耳之间，可以有效地排除空气，到达很好的填充、导热作用。此外，还具有良好的绝缘耐压特性和温度稳定性，运用安全可靠。此外，导热硅胶垫还广泛应用于通信设备、网络终端、数据传输、LED、轿车电子、消费电子、医疗器械、军事、航空航天等领域。
目前，对导热硅胶垫导热系数的选用，还无相关的数据积累以及明确的指导方向，有时会出现迫于成本的压力选用低导热系数的导热硅胶垫。此外，动力电池结构工程师对导热硅胶垫的关键功能理解不到位，把控含糊，然后会出现一味追求高导热作用的产品
为了解决实际中存在的这些问题，研究者通过研究导热硅胶垫的导热作用、绝缘作用等选择一款满足动力电池热管理需求的导热硅胶垫。一起，通过验证PI膜对导热系数的影响、导热系数受紧缩变形的影响、长期运用对导热作用的影响，为后续导热硅胶垫的选用提供了理论、数据支持。
１ 导热硅胶垫的选型
导热硅胶垫是新能源轿车行业较成熟的产品，在选用时需要考虑导热硅胶附加的加强资料，导热作用即导热系数，还有在实际工况下的绝缘功能。
1.1 加强资料选用
实际运用中，导热硅胶垫上表面直接贴在液冷板上，然后再放置在模组上，即与电芯的极耳严密贴合。由于导热硅胶本身硬度较低、强度很小，在动力电池的生产或者运用中，导热硅胶垫或许存在破损或者被液冷板的毛刺等刺穿，然后引发绝缘失效的现象。所以，实际运用中的导热硅胶垫都添加一层强化资料，即导热硅胶垫以PI膜或矽胶布为基材，以导热硅胶为主体填充资料。
目前常用的加强资料主要有PI（聚酰亚胺）膜、矽胶布（含玻纤），其作用主要是加强资料操作性、强度、绝缘等性能。
导热硅胶垫的结构如图１所示。
理论上：
绝缘性：PI膜＞矽胶布，影响绝缘，绝缘性越高，电气性越好；
热阻：PI膜＞矽胶布，影响导热性，热阻越高导热性越低；
强度：PI膜＞矽胶布，影响耐磨损，强度越高，耐磨损、耐拉扯、耐刺穿功能越好。
现选用同等厚度不同类型的导热硅胶垫，即PI膜膜导热硅胶垫和矽胶布导热硅胶垫，分别进行强度、绝缘功能、导热性能的测验，通过测验成果比较两种类型导热硅胶垫的差异。同等厚度两种类型导热硅胶垫强度、绝缘功能、导热功能测验结果见表 １。
以上测验成果表明：PI膜导热硅胶垫的强度和绝缘功能明显优于矽胶布导热硅胶垫，导热功能相差不大，可以接受。综合导热功能、绝缘功能与高机械强度要求，PI膜更适用于PACK电池包、水冷散热应用等环境。
1.2 不同导热系数导热硅胶垫的导热作用
为了解不同导热系数下导热硅胶垫的导热作用，现分别选取导热系数为1.5、2.0、2.5、3.0 Ｗ/(ｍ·Ｋ) 的PI膜导热硅胶垫，模拟测验其导热作用。运用加热片对不同导热系数的导热硅胶垫进行加热，通过测验导热硅胶垫两边温差以反映导热硅胶垫的导热情况。
导热硅胶垫正面中心方位和其中一角分别布置热电偶104和103，反面相应方位分别布置热电偶101和102。热电偶104和103上面分别粘贴加热片，通电后可对导热硅胶垫加热。考虑到动力电池内的温度范围为-40～85℃ ，试验过程中，导热硅胶垫中心温度到达85℃ 即中止加热。
测验成果如下：
2. 2.0 Ｗ/(ｍ·Ｋ) 导热硅胶垫， 中 心温度为66.05 ℃时，两边温差最大，平均温差为6.17 ℃ , 如图３所示。
测验成果显示：1.5、2.0、2.5、3.0 Ｗ/(ｍ·Ｋ) 导热系数下的导热硅胶垫两边温差相差分别为:6.53 、6.17 、6.02 、5.63 ℃ ，导热作用相差不大。但是随着导热系数的添加成本增幅很大， 如2.0 Ｗ比1.5 Ｗ 成本高 30％。所以，综合成本因素考虑，优选 1.5 Ｗ/（ｍ·Ｋ）的导热硅胶垫。
1.3 导热硅胶垫的厚度在相同工况中的差异
根据GB/T 18384.3-2015人员触电防护要求，对电子元器件施加(2U+1000)Ｖ (RMS)的交流电压(Ｕ为电子元器件的工作电压)，不应发生介质击穿或电弧现象。现选用1.0ｍｍ厚和2.0ｍｍ厚的PI膜导热硅胶垫，具体测验办法如下：
1. 把导热硅胶片铺在液冷板上，把铜铝复合板贴在导热硅胶片上(如图６所示)，保证各部件间严密贴合，压紧压实；
2. 将耐压测验仪黑线夹在液冷板上，红线夹在铜铝复合板上；
3. 施加2400Ｖ AC电压， 时刻60S， 读取漏电流。
测验成果详见表２:
成果分析：由于漏电流越小，绝缘功能更优，发生击穿或电弧的或许性越小。而2.0ｍｍ厚的PI膜导热硅胶垫漏电流为76μＡ，小于1.0ｍｍ厚度下的130μＡ，绝缘功能更优。为了保证液冷板和极耳的绝缘功能，故选用2.0ｍｍ的PT膜导热硅胶垫。
２ PI膜导热硅胶垫关键功能的探究
2.1 PI膜对导热系数的影响
电池系统中运用的导热硅胶垫，一般是完成液冷系统与模组（极耳）之间的传热， 由于强度和绝缘功能的要求，通常选用导热硅胶上覆PI膜形成导热硅胶垫，这样导热硅胶垫导热作用或许会受影响。
导热系数是导热硅胶的关键特性，一般选用热流法，依据ASTM D5470测验。由 于触摸热阻的影响，一般选用相同状态、不同厚度的导热硅胶测验，测验得到热阻，以试样的厚度为X轴，热阻为Y轴，拟合成一条曲线，核算得出导热系数，即：
R＝t/K+Rcontact
但是实际运用的产品测验时，可疏忽触摸热阻，用产品的厚度除以此厚度下测得的热阻，得到的导热系数来表征产品的导热系数；
或者用实际产品叠加来获得不同厚度下的热阻，再拟合成曲线核算得出导热系数。通过测验导热硅胶的导热系数，以及覆PI膜后导热硅胶垫产品的导热系数，两者的成果对比来探究PI膜对导热系数的影响。
测验成果见表３和表４，其中导热硅胶测验数据拟合曲线见图７。
通过测验成果可知，覆加PI膜后导热硅胶垫导热作用会下降，在导热系数的选取时需考虑。
2.2 不同压力/变形量下的热阻改变
导热硅胶紧缩形变要求，设计时需要考虑导热硅胶的紧缩量，根据导热硅胶的紧缩应力-变形量曲线，根据对手件（液冷板和模组极耳）可接受的应力选择对应的紧缩量。
现选取导热系数为1.5 Ｗ/（ｍ·Ｋ）、厚度为 1.0ｍｍ的PI膜导热硅胶垫作为研究对象，其测验成果见表５。
由应力-热阻测验成果发现：
应力越大，热阻越小，相应的导热能力越好；同样紧缩量越大，热阻越小，导热能力越好。故导热硅胶垫产品的导热系数目标的选择，需要参阅紧缩应力曲线，即根据实际紧缩量找到对应的紧缩应力，选用此应力作为测验应力的输入，按照ASTM D5470进行测验，测验结果即可定义为实际运用中的导热系数。
2.3 导热系数与热阻随时刻的改变
导热硅胶垫的适用温度一般定义为-40～85 ℃ 。为了验证长期运用后，导热硅胶垫的导热功能是否改变，现通过高温老化试验、高低温老化试验、湿热老化试验来模拟长期运用后导热作用是否发生改变。
根据导热系数Ｋ和热阻Ｒ的关系式：
R＝t/K+Rcontact
导热系数越大导热作用越好，热阻越小导热作用越好，所以导热系数或热阻都可以表征导热作用。
1. 高低温老化试验后，导热率与热阻随时刻改变情况
样品尺寸：ϕ30×2.0ｍｍ，测验条件见表６，测验成果见表７。
可以看出：导热系数呈下降趋势，减小了 0.018 Ｗ/（ｍ·Ｋ），改变率为1.16％。
2. 湿热老化试验后， 导热率与热阻随时刻改变情况
选用ϕ30×2.0ｍｍ试样， 在85℃＆85％ RH的高温高湿条件下经过500ｈ老化后， 测验成果见表８。
可以看出：导热系数呈下降趋势，减小了0.0126 Ｗ/（ｍ·Ｋ）， 改变率为1.68％。
3. 高温老化试验后， 导热率与热阻随时刻改变情况
选用ϕ30×2.0ｍｍ试样，在150℃高温箱中经过500ｈ老化后，测验成果见表９。
可以看出：导热系数呈下降趋势，减小了 0.006 Ｗ/（ｍ·Ｋ）， 改变率为0.39％。
综上所述，用高温老化、湿热老化以及高低温老化来模拟长期运用后导热硅胶垫的功能改变情况，从测验成果发现：高低温老化、湿热老化、高温老化试验后导热系数分别减少0.018、0.026、0.006 Ｗ/（ｍ·Ｋ），改变率为1.16％、1.68％、0.39％，阐明导热硅胶垫在长期运用过程中导热系数基本不变。
３结论
1.综合导热作用、绝缘功能以及成本考虑，导热系数为1.5 Ｗ/（ｍ·Ｋ）、厚度为2ｍｍ的PI膜导热硅胶垫更符合工况运用需求。
2.覆加PI膜后导热硅胶垫导热作用会下降，在导热系数的选取时需考虑。
3.随着应力、紧缩变形量的添加，热阻减小，导热系数添加，故导热硅胶垫产品导热系数的选用需要参阅紧缩应力曲线，即根据实际紧缩量找到对应的紧缩应力，选用此应力作为测验应力的输入，按照ASTM D5470进行测验，测验成果即可定义为实际运用中的导热系数。
4.选用高温老化、湿热老化以及高低温老化试验来模拟长期运用后，导热系数基本不变，阐明导热硅胶垫在长期运用过程中导热系数基本不变，即可认定为导热硅胶垫的导热功能满足长期运用需求。
