从800V架构看动力电池介电保护
从2019年保时捷率先发布第一款800V高压架构的车型Taycan，到2024年小米推出871V架构车型小米SU7，800V高压架构正在成为继智驾和空气弹簧之后，各大车企的全新内卷方向。
为何大家纷纷热衷于800V架构？
相对于传统400V架构：
1. 800V电池可以在不明显提高充电电流的情况下，接受更大的充电功率，缩短充电时间，这样既缓解了补能焦虑，又不必花大量研发成本制造高充电倍率的电芯；
2. 提高电池系统电压还可以减少工作工程中的能量损失（I2*R），能在一定程度上提升续航里程；
3. 800V架构搭配更轻的线束，因为系统电流可以适当下降，同时不损失输出功率；
当然，800V架构也有自身的挑战，例如：
1. 目前的市场仍以400V架构为主，800V架构因其更高的集成要求，目前仅适用于中高端车型，成本较高；
2. 与800V搭配的超级充电桩数量有限，充电体验仍有待改善；
3. 800V架构为电池系统和电子电气架构提出了更高的电气安全需求，需要采用更新的绝缘方案，从而提高了研发成本；
其中一个主要关注的领域是提高介电材料的电隔离性能，它们与电池/电池组组件和热界面材料的粘附性，以及它们的易于应用。
介电材料本质上通常是聚合物，并要求以下性能属性:
高介电强度(100微米击穿电压≥2.8 kV)
对基材附着力好
暴露于化学，热和机械力后耐用
适用于薄膜厚度(50-250微米)
易于应用于高通量制造过程
电动汽车组件需要在电池、模组和电池组级别进行电气隔离，例如电池表面、侧板/模块壁、冷却管表面、模组/电池组壁和母线。图1说明了需要电气隔离的典型电动汽车组件。
目前市场上有几种类型的介电材料，本文将讨论、测试和比较其中的四种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、粉末涂料、溶剂型涂料和紫外线固化涂料。PET是一种普遍存在的热塑性塑料，通常用于汽水瓶和服装纤维(聚酯)。它也可以被挤压成保护膜。由于其介电性能，耐化学性，耐湿气性，强度和韧性的良好组合，它通常与压敏粘合剂(PSA)层压，并用作电芯的电隔离器。
表1总结了本研究中使用的介电材料及其典型性能。
成本和生产率对比
使用更复杂的方形电池的电动汽车厂商在定制自动化设备上投入了相当多的投资。PET在具有边缘、内角和通孔的大表面积冷却板上的应用非常有限，因为处理大型薄膜和重金属部件具有挑战性且成本太高。
粉末涂层静电沉积有利有弊。粉末涂层的一个优点是多余的材料可以收集和再利用，但是在复杂的几何形状上很难达到均匀的涂层厚度。与粉末涂层相比，LORD JMC涂层的一个优点是它不依赖于静态沉积-它在需要的地方喷涂，而不是在不需要的地方喷涂。
Sipiol UV采用标准的喷涂设备和标准的UV固化设备。该设备前期资金投入低。Sipiol UV应用和固化在几秒钟内需要最少的时间，劳动力和能源。此外，与LORD JMC和粉末涂层一样，Sipiol UV可以自动喷涂。
击穿电压对比
图3显示了击穿电压与薄膜厚度的关系，表3将数据汇总为介电强度范围。在评估的四种材料中，PET薄膜具有最高的介电强度(85-149 kV/mm)，并提供良好且一致的电气隔离。
粉末涂层具有最低的介电强度(41- 50kv /mm)，因此需要较厚的薄膜来满足3 kV和5 kV的典型耐压。Sipiol UV涂层介电强度范围为~81 ~ 101 kV/mm, LORD JMC涂层介电强度范围为~71 ~ 110 kV/mm。Sipiol UV和LORD JMC涂层在膜厚≥90微米时均能达到> 6 kV的保护效果，与PET膜相似。
综上所述，Sipiol UV、LORD JMC和PET膜可以满足>6 kV的耐高压要求，膜厚为90 ~ 120微米，而粉末涂层要求膜厚更高，膜厚>200微米。介电强度排序为PET > Sipiol UV ~ LORD JMC >粉末涂料。
附着力和环境影响对比
介质材料在冷热冲击循环(-40℃~ 100℃)和85℃/ 85% RH条件下的接剪粘接强度如图12所示，其破坏模式如表5所示。PET膜的粘接强度最低。压敏胶粘剂(PSA)层的主要破坏形式是内聚破坏。
附着力最强的是Sipiol UV，其次是粉末涂料和LORD JMC。粉末涂层和LORD JMC涂层的主要失效模式分别为胶粘剂脱层和涂层内粘接。对于粉末涂料，结构胶/粉末涂料界面是最薄弱的环节。在结构粘合剂粘合之前，可以通过等离子体处理粉末涂层表面来改善这种界面。
电气绝缘和环境影响对比
在85°C / 85% RH条件下，介质涂层在热冷冲击循环前后的通过电压如图13所示。通过hipot电压定义为材料在达到击穿电压点之前所能承受的最大电压。
从图13可以看出，暴露于热冷冲击循环和85°C/ 85% RH对通过hipot电压的影响很小。介质材料在加速环境试验后保持完整和电气隔离。
总结
特定电池组件的介电材料的选择取决于许多因素。本文对PET、粉末涂料、LORD JMC和Sipiol UV四种材料的关键属性进行了评价和比较。评估了以下属性：成本和生产率、介电强度、边缘覆盖率、导热性、冷冲击和85°C / 85% RH对粘附性和电隔离的影响。表7对这些因素进行了总结和排序。
PET薄膜具有优异的介电保护性能，能承受各种环境条件。然而，它通常具有低附着力，因此它可能仅限于不需要高结构附着力的应用。粉末涂料的应用领域非常广泛，供应商的选择也非常多。它提供了优异的性能；然而，它在低薄膜厚度下具有低介电强度，并且需要大的烤箱和高温进行热固化。LORD JMC涂层具有优异的附着力、介电强度和传热性能。然而，它需要一个漫长的应用过程和高温固化。最后，Sipiol UV具有优异的介电保护，附着力和最快的生产吞吐量。然而，与粉末涂料和LORD JMC相比，它的导热系数相对较低。
