Изоляционное проектирование литиевых аккумуляторных батарей — особенно высоковольтных силовых блоков и систем накопления энергии — является первой линией защиты, обеспечивающей безопасность системы и предотвращающей поражение электрическим током и термический разгон. По мере того как рабочее напряжение постепенно повышается до 800 В и даже выше (например, в электромобилях и станциях хранения энергии), надёжность и лёгкость изоляционных решений приобретают ключевое значение.

Ниже от Принципы проектирования, распространённые материалы, ключевые технологические процессы, испытания и верификация Краткий разговор по четырём аспектам.

I. Основные принципы проектирования

Основная изоляция + дополнительная/усиленная изоляция Согласно стандартам, таким как IEC 60664, высоковольтные компоненты должны обеспечивать двойную защиту. Например, алюминиевый корпус аккумуляторной ячейки сам по себе покрыт изоляционным слоем (основная изоляция), а между модулями дополнительно устанавливаются изоляционные перегородки (дополнительная изоляция).

Крайняя расстояние и электрический зазор : Минимальное расстояние по поверхности изоляции рассчитывается на основе максимального рабочего напряжения системы (например, 1500 В постоянного тока), класса загрязнённости (например, для систем накопления энергии в помещениях — PD2) и группы материала (значения CTI). При высоких надморских высотах (свыше 2000 м) также требуется внесение поправки.

Совместимость с системой терморегулирования Изоляционный материал должен выдерживать нагрев аккумулятора и возможные локальные перегревы, одновременно не препятствуя эффективному отводу тепла (например, термопрокладка, обеспечивающая как теплопроводность, так и изоляцию).

Стойкость к старению и химическая совместимость Утечка электролита, охлаждающая жидкость, соляной туман и влажная среда — всё это может разрушать изоляционные материалы; необходимо оценивать их долгосрочную совместимость.

II. Распространённые изоляционные решения и материалы

Стоит отметить, что В конструкциях типа «элемент — модуль» (CTM) или «элемент — батарейный блок» (CTP) часто применяется комбинированный вариант, сочетающий структурный клей и изоляционную плёнку. Структурный клей (модифицированный эпоксидный или полиуретановый) при обеспечении надёжного крепления сам по себе является эффективным изолятором, что позволяет упростить использование традиционных изоляционных компонентов.

III. Ключевые технологические процессы и конструктивные детали

Скругление и фаска : Края таблеток аккумулятора и сборных шин должны быть закруглены (R≥0,5 мм), чтобы предотвратить разряды на острых концах и прокол изоляционного слоя.

Литьё под давлением и обливка резиной : Всесторонняя заливка герметиком чувствительных участков, таких как печатная плата BMS и высоковольтное реле, обеспечивает одновременно изоляцию, виброзащиту и защиту от влаги.

Контроль толщины изоляционного покрытия При применении электростатического напыления необходимо обеспечить равномерное покрытие на кромках и в отверстиях под болты (толщина слоя — не менее 50 мкм), чтобы избежать местного недостаточного насыщения.

Защита от электрохимической коррозии На стыках различных металлов (медь/алюминий) необходимо использовать изоляционные прокладки или наносить токопроводящую пасту, чтобы предотвратить электрохимическую коррозию под изоляционным слоем, вызванную разностью потенциалов.

IV. Распространённые режимы отказов и их испытательная проверка

1. Основные режимы отказов:

Изоляционный пробой : Вызывается металлическими заусенцами, загрязнением проводящими частицами и конденсацией влаги.

Проскок по поверхности изоляции В условиях загрязнённой среды или конденсации влаги на поверхности происходит поверхностный разряд вдоль края изолятора.

Старение и хрупкость Температурные циклы и вибрация приводят к растрескиванию синей плёнки, вследствие чего обнажается алюминиевый корпус.

2. Ключевые испытательные параметры (согласно GB/T 38031, UL 2580):

Испытание на изоляционное сопротивление : Используется мегомметр на 1000 В/500 В; требуемое значение изоляционного сопротивления всей упаковки — не менее 1 МОм (обычно проектное значение составляет более 100 МОм).

Испытание на устойчивость к напряжению : Приложение напряжения, вдвое превышающего номинальное, плюс 1000 В (переменного или постоянного тока), при токе утечки, не превышающем заданное значение (например, 5 мА), в течение 1 минуты без пробоя.

Испытание на частичный разряд : Особенно важно для высоковольтных систем (>700 В) — выявление мелких дефектов изоляции.

Цикл влажности и тепла + испытание изоляции : Сразу после имитации условий высокой влажности (например, 95% относительной влажности при 55 °C) проводят измерение сопротивления изоляции для оценки влияния увлажнения.

Изоляция после термического старения и вибрации : После хранения при высокой температуре (85–105 °C) в течение 1000 часов проводят механические вибрации, после чего повторно проверяют целостность изоляции.

V. Новые тенденции и вызовы

Сухой электрод и твердотельный аккумулятор : Отсутствует риск утечки жидких электролитов, однако требования к термической стабильности изоляционной мембраны и адгезии на границе раздела значительно выше.

Чувствительность 800‑В платформы к локальным разрядам Более высокий градиент напряжения обуславливает более лёгкое возникновение частичных разрядов в микроскопических воздушных промежутках внутри изоляции, что требует применения более качественных технологий заливки без пузырьков.

Интегрированная изоляционная структура : С помощью литья под давлением из пластмассы (например, PA6+GF30) несколько изоляционных деталей объединяются в единый трёхмерный конструктивный элемент, что позволяет снизить сборочные погрешности и затраты.

Онлайн‑мониторинг изоляции : В BMS интегрирована функция контроля изоляции (например, метод низкочастотной импульсной инжекции), обеспечивающая в режиме реального времени предупреждение о снижении сопротивления изоляции.

Краткие рекомендации

В конечном счёте не существует универсального решения по изоляции. Необходимо исходить из характеристик аккумулятора… Форма (цилиндрическая/квадратная/с мягкой обшивкой), напряжение, условия эксплуатации (для автомобилей/для накопления энергии/для наружного применения), масштаб серийного производства Приходите, чтобы оформить индивидуальную композицию. Однако основные принципы остаются неизменными: Резервное проектирование, исключение единой точки отказа, полная измеримость всего процесса 。