陶氏公司：锁定电动汽车充电设施两大创新方向， “材能”发挥最大市场潜能

虽然中国和全球新能源汽车的发展势头强劲，而充电设施，特别是充电桩却成了全业创新发展的主要瓶颈。据德勤发布的《2022 年全球汽车消费者研究》，欧洲和美国消费者对新能源车的顾虑主要为续航里程不足、 充电桩数量不足、充电速度不够快和电池安全隐患等，对充电设施需求主要集中在：更多的数量和更快的充电速度。

由于直流快充桩相比交流桩拥有更高的电压和功率、更快的充电速度——交流充电桩（6kW）为 10-40 英里/小时，而直流快充桩（50-350kW）为 100-300 英里/小时，因此，直流快充是充电桩创新发展的“必由之路”，而且在全球范围都有较大的发展空间。

而当我们从产业链的源头来看，在充电桩的设计中，材料的选用会直接影响到充电设施的综合性能，那究竟什么材料将成为未来的使用趋势？本文就主要来探讨一下充电桩的材料选择。

根据对电动汽车的充电方式，充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两大类。交流充电桩目前主要围绕家用场景，造价低廉，给普通纯电动轿车充满电需要8个小时以上，俗称“慢充”。直流充电桩具备直接给电池充电的能力，以三相四线制的方式连接电网，能够提供充足的电力，输出的电压和电流调整范围大，俗称“快充”，也是本文主要关注的对象。

在实际应用中，快充桩是直流充电系统的一部分，这个大系统可以分为变压器、配电柜、直流充电机和充电桩，整个系统与电网的关系密不可分。

而当我们将目光聚焦在系统中最为核心的直流充电机上，其大体上会包括：

图2 直流快充桩

← 左右滑动查看大图 → 

如果想要打造一套高性能的超级充电桩，就需要使其具备以下特性：

在研究充电桩的设计时，我们发现有这样一家材料科学公司，它专门面向电动汽车充电市场打造了全面覆盖充电枪、充电线缆和母线、充电桩、充电柜、快充功率元器件等应用的一系列高性能有机硅解决方案，这家公司就是在材料科学领域有着超过120年创新经验的陶氏公司。在充电设施领域中，陶氏公司不仅有能力向客户提供多样化的材料选择，更能为功率更高的三级直流快充电基础设施制定专属解决方案，帮助客户满足当下快速升级的充电需求。

正如上文所言，良好的导热材料和热管理方案才是破局充电设施散热挑战的关键。陶氏公司创新的热管理材料，涵盖填缝剂、粘接剂、非固化热界面材料、凝胶和灌封胶等丰富产品选择，可切实帮助客户实现更为高效的热量传导和散热，进而保障充电过程的稳定运作。不仅如此，陶氏公司还为充电设施量身打造了多种保护和装配材料，包括粘接剂、密封胶和敷形涂层等，可为这些敏感元器件提供全方位的防护，以应对环境因素带来的负面影响，提升充电设施的可靠性和耐用性：

DOWSIL™ DCF-18浸没冷却液是一种安全、耐高温、不易燃的液体，可有效提高冷却和导热性能。推荐用于油冷超级充电枪线缆中，这种液体具有出色的粘温性能、热氧化稳定性、电绝缘性能，并且无毒无害，不会滋生细菌和霉菌。

图3  350kW直流充电桩的冷却液

← 左右滑动查看大图 → 

随着超级充电市场的兴起，尤其是陶氏公司研发并推出HTE5015-90U的导热硅橡胶，解决了水冷超级充电枪方案中的关键技术难题——冷却水管必须兼具高导热系数与高强度高韧性材料问题，越来越多的超快充电枪开始使用水冷的方案。在水冷超级充电枪方案中，采用的液体介质是水加乙二醇或丙二醇类物质的冷却液，这类型冷却介质不仅价格低，而且在很多循环泵体中都有长期应用实施的成熟经验。但这种技术方案很长一段时间受限于高导热系数的冷却水管，在模拟计算和实际测试中都发现，如果冷却水管的导热系数不够，当充电电流超过一定值后，不管循环泵中的冷却液循环多快，热量都不能有效的带走，就必须提高导热水管的导热系数。HTE50105-90U就基于这个背景来应运而生，导热系数为1.5W/m.K，可以为600A电流的超级充电枪的电缆降温并提供导热保护。同时，该材料具有良好的物理特性和抗恶劣环境性能，可以用它来挤出导热硅胶管，它具有高硬度和高强度可以直接与电缆绞合。同时，它又有足够的柔韧性、足够的使用寿命、耐高低温性和耐冷却液性等特性，最重要的是还有良好的电气绝缘性，可以为超级充电枪提供长期的保障。

设计超级充电枪，除了线缆必须考虑发热和散热外，充电枪也需要考虑散热问题。因为充电端子在高功率工作时也会产生大量的热量，但受限于充电枪的体积和重量设计，目前很难用空气冷却解决散热问题，此时大多需要使用导热灌封胶取得良好的散热效果。也已证明，导热系数4.0W/m.K的TC-6040可以让充电中过热的充电枪快速降温，既不会烫手，又能确保系统内部的模块，尤其是最重要的逆变器模块长期可靠。同时，超级充电枪的另一个重要因素是使用密封胶和密封圈，既要确保冷却液不会漏，也要确保环境的风霜雨雪不会进到充电枪里面。使用Silastic RBB-6300-50， RBB-2030-40， DY32-502U， DY32-366U做成的橡胶密封圈和线束密封圈都取得了很好的防水效果。

图4 充电枪头的设计

← 左右滑动查看大图 → 

新一代直流快充模块最主要的特点是采用了全灌胶工艺，这样可以使得模块适应恶劣的工作环境，通过积尘高湿测试、加速高盐雾测试以及在海南、西双版纳、敦煌、拉 萨等外场长期可靠性测试，验证了模块在恶劣场景的长期可靠性。

这里涉及很重要的问题：灌胶工艺后，发热每个元器件的工作温度和工作状态需要确认才能让整体的寿命达到预期的工作时间。因此，这种工艺对于直流快充模块的热管理提出了苛刻的要求，特别是对于布局和器件的散热设计，都有很高的性能要求。而且在这种工艺下，模块效率、热管理和模块的可靠性会相互影响，也会决定整个直流快充模块的综合特性。

图5. 模块密封设计

DOWSIL™ TC-6015导热灌封胶作为一种快速导热散热胶，为充电模块的长期工作提供足够的稳定性和可靠性。