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“密封”在Tesla Model 3 的OBC上如何应用?

发布时间:2020-06-10 16:07

  说起Tesla Model 3,国人的第一印象应该是不到30万的“白菜价”和上海临港一年时间就从荒地变为量产车间的GIGAFACTORY了。

  然而在海外群众眼里,Tesla Model 3更像是一个跨越式发展的技术奇迹。尤其是专业拆解人员们更是给出了“车载电子技术至少领先丰田大众6年”、“最先进的锂离子动力电池”之类的逆天好评。

  这么说不是没有理由的。因为当拆解开Tesla Model 3,人们发现这款Tesla跑车的设计和结构竟然与主流电动车完全不同,甚至与亲哥哥Tesla Model S都不像是有血缘关系!

  以Tesla Model 3的动力电池系统为例,如果用一个词描述,那就是“高度集成”。

  整个电池系统方案是交直流一体设计, 电池就侧面一个输入口,作为DCDC和OBC的交流/直流的输入。在这种线束输入布置下,OBC就被集成到电池系统里。

  此外,Tesla Model 3的配电箱还集成了大部分的高压接口、ACDC、整车熔断保护电路、接线盒,以及高压诊断管控单元等等组件。

  一般情况下OBC是作为一个独立的组件存在,因此较大的产品空间能保证散热性能处于一个良好的状态。

  而Tesla Model 3的OBC功率高达10KW,如此高功率的OBC被强行压缩进了这么一个拥挤的环境,热管理要如何进行呢?我们先看一下这块将OBC模块与其他一众组件集成到一起的储能变流器PCS(power-conversion-system)的大致构造。

  一眼望去,这块包含了OBC的PCS模块就像是用胶水粘起来的。肉眼可见大量的壳体CIPG/FIPFG密封胶、电路板三防漆、元器件固定用的环氧胶。

  根据业内消息判断,Tesla Model 3的PCS模组采用的散热方案,应该是市场策略非常激进的某胶水品牌3.5~4.0W/m.K左右的双组份导热硅凝胶。

  那么Tesla选择这款导热产品是出于什么考虑呢?我们只能从下面几个常规的角度做一个试探性的推测:

  1)材料类型:由于导热硅凝胶产品的特点是前期呈现液态,可以有效填充产品界面的空气因此热阻可以控制得比较好;另外当AB组分混合后发生交联反应,形成稳定的橡胶态弹性体,杜绝了行车环境下高温和震动可能造成的导热填料与硅油的分离。因此导热硅凝胶产品能够击败导热垫片和导热硅脂等材料。

  2)挤出率/粘度:由于导热硅凝胶涉及到点胶机混合挤出的动作,因此材料的挤出率必须控制在相对高的水平。或者说产品的粘度应该低一些为好。但是随着导热率的增加,往往硅凝胶的粘度也会大幅增加,这就造成生产效率低下和设备容易损耗的问题。

  而Tesla Model 3选择的这款产品的粘度应该控制在了200Pas左右,在同类型材料里面算是做得不错的。

  3)导热率:这个就与挤出率/粘度有直接关系了,导热性能的实现是依靠硅凝胶中添加的金属氧化物填料,填料含量越高导热率越高。但是事情的另一面就是产品的粘度会急剧上升。因此为了平衡点胶工艺性的诉求,目前硅凝胶的导热率普遍都在6W/m.K以下。

  也就是说,使用者可选择的方案是非常有限的,无非是中低功率选择2W/m.K左右的导热率,高功率或PCB组件密集度很高的情况下选择3~4W/m.K的产品,小批量后根据产品的性能表现再做调整。

  4)可靠性:虽然有机硅材料的耐候性远远好于其他有机化合物,但是在极端高低温条件下的小分子挥发与材料的收缩与应力变化都会导致热阻急剧升高,进而出现元器件过热的风险。

  5)性价比:3W/m.K以上的导热硅凝胶技术门槛较高,市场价位也属于中等偏上。而导热率每增加1W/m.K价格都会不成比例的大幅增加!但是考虑到Tesla Model 3最大的卖点就是便宜,因此相信低成本会是选择材料方案非常重要的考量因素。由于每个胶水厂商的市场策略不同,因此我们只能乱猜Tesla应该是拿到了一个不错的报价。

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