胶水话题博客
十年前，驾驶电动汽车（EV）进行公路旅行可能听起来很奇怪。但如今，得益于某些国家的电池更换站和续航里程与燃油发动机相似的电动汽车，这种情况不再存在。现在，从苏格兰北海岸驾驶到巴黎，再到伦敦，甚至不需要停下来充电，都是可能的。
材料和设计的创新提高了电动汽车的续航里程。然而，每一次变化都必须保持平衡，以确保车辆在使用过程中安全且功能良好。在这里，我们将解析电池设计中的单元到模块、单元到电池组和单元到底盘的区别，讨论电动汽车电池的新兴趋势，并探讨胶粘剂如何支持电动汽车电池的形态和功能。
什么是单元到模块的电动汽车电池设计？
电动汽车电池传统上包括封装在模块内的单个电池单元。制造商将多个模块组装到一个电池组上，然后将其安装到车辆的底盘上。这种套娃式的配置提供了在使用过程中保持电池单元位置所需的结构。单元到模块的设计还使得维修变得更加容易。例如，如果电池管理系统发现某个电池单元故障，维修人员可以打开电池组并用一个正常工作的模块替换故障模块。
胶粘剂如何增强电动汽车电池的可修复性
与其他设计相比，单元到模块的电池需要更多的生产步骤（见表1）。模块外壳增加了电池的重量，从而影响续航里程。然而，模块的可修复性巩固了其在电动汽车领域的地位。
对于某些类型的电动汽车，如公共服务车辆，可用性比续航里程更为重要。当车辆配备单元到模块的电池时，工作人员可以轻松修理或更换故障模块，从而使车辆在最小的停机时间内继续运行。
表1. 比较单元到模块、单元到电池组和单元到底盘的电动汽车电池。
| 质量 | 单元到模块 | 单元到电池组 | 单元到底盘 |
|---|---|---|---|
| 减轻重量 | ✓ | ✓ | |
| 降低生产复杂性 | ✓ | ✓ | |
| 易于修复 | ✓ | ||
| 可更换 | ✓ | ✓ | |
| 需要结构胶粘剂或额外的结构支持 | ✓ | ✓ | |
| 需要热管理 | ✓ | ✓ | ✓ |
| 需要电气管理 | ✓ | ✓ | ✓ |
H.B. Fuller的电动汽车密封胶系列 允许可重新密封的电动汽车电池组。当密封时，基于热熔和丁基的胶粘剂保护电池组组件免受潮湿、湿度和环境影响。然而，这些胶粘剂可以被移除并重新应用，使制造商能够打开电池组并修理或更换模块。
什么是单元到电池组的电动汽车电池设计？
单元到电池组的电动汽车电池设计消除了对模块的需求。相反，制造商将电池单元直接放置在电池组上，并将电池组安装到底盘上。去掉模块外壳减轻了电池的重量，并为额外的电池单元腾出了空间。更轻、更强的电池提高了续航里程，这对消费者来说是一个越来越重要的特性。单元到电池组的设计还减少了组装电池的许多步骤，提高了生产速度，并（可能）降低了成本。
“制造商正在尽可能减少电池的重量和复杂性，”H.B. Fuller全球业务发展经理Michael Cooper解释道，“从模块到电池组的过渡去除了大量材料重量，并提高了电池的能量密度。”
从单元到电池组的转换简化了汽车制造商的生产，并为消费者提供了更强大、更轻便的车辆。然而，这种设计需要创造性的工程解决方案来保持结构完整性。制造商可能会在电池组中添加金属结构元素，或使用结构胶粘剂，如H.B. Fuller的EV Bond系列，以统一电池，抵御使用过程中的振动和其他环境压力。
强大的电动汽车电池需要强大的热管理胶粘剂
单元到电池组的电动汽车电池需要创新的解决方案，以保持其在理想操作温度范围内，因为电池单元紧密堆叠。如果电动汽车电池单元过冷，其性能会受到影响；如果过热，它们会更快老化，并有发生热失控事件（例如火灾）的风险。保持单元到电池组的电动汽车电池温度低于65°C（149°F）可以防止过热。
“随着电池和电池相关电子设备变得越来越强大，它们在运行过程中产生的热量也越来越多，”H.B. Fuller全球市场经理Florian Schloegl表示，“需要改进热管理和更强的热导胶粘剂和封装材料，以将热量从电子组件中移除。”
H.B. Fuller的EV Protect系列阻燃封装材料隔离热失控，以防止火灾蔓延。制造商将泡沫封装材料作为液体应用，液体会膨胀以包围电池单元。这种轻质泡沫的密度低于竞争产品，并有助于以半结构特性统一电池。H.B. Fuller® EV Protect 4006 SFR胶粘剂也是同类产品中的首创，与竞争对手相比，能够极快地隔离热传播。
“H.B. Fuller® EV Protect 4006 SFR是任何生产电池的公司的基准，无论他们是希望提供密封、绝缘电气，还是促进热失控的预防，”Cooper说。
什么是单元到底盘的电动汽车电池设计？
汽车制造商在制造单元到底盘的电动汽车电池时，直接将电池单元附加到车辆的底盘上。这种配置进一步简化了电池生产，消除了电池组和模块的重量，并优化了电池空间。底盘还为电池提供了一定的结构完整性。
然而，电池内使用的材料，如胶粘剂和电池单元，必须设计成能够承受重量，除了其其他功能外。单元到底盘的配置也是最难修复或更换的，因为必须拆解整个车辆底盘才能到达电池。电动汽车电池通常在七到八年后性能下降，这意味着汽车制造商必须在车辆的生命周期内多次拆解车辆以更换电池。
胶粘剂在单元到底盘设计中提供结构和热管理
在单元到底盘设计中使用的胶粘剂材料通常执行多种功能。保持电池单元位置的封装材料还必须提供结构完整性，并理想地减轻电池中的热传播。H.B. Fuller的EV Bond系列具有强大的结构强度，并能够粘合不同的基材（例如金属和塑料）。EV Bond 300特别能够补偿电池单元加热和冷却时的热膨胀和收缩。这种能力有助于保持电池单元的位置，而不影响胶粘剂的性能。
单元到底盘电池设计中的紧密堆叠的电池单元需要重型热管理。胶粘剂，包括H.B. Fuller的EV Therm产品系列，能够在电池单元和冷却系统之间传递热量，帮助最小化热量保留，以优化电池性能。
EV Therm产品系列还包括介电涂层产品，这些产品能够隔离电池组件之间的电流。这可以防止短路和电弧，提高安全性。这些产品采用喷涂方式应用，显著简化了生产，并且只需薄薄的一层涂层，从而降低了材料成本。
电动汽车能源存储的其他趋势
在过去十年中，消费者对电动汽车的需求激增，专家预测电池驱动的电动汽车销售将继续增长。电动汽车领域的许多创新源于消费者对更实惠、更安全和更实用车辆的需求。消费者希望电动汽车的续航里程与燃油车相当，并且充电时间更短。趋势包括：
- 通过设计或材料变化减轻重量，以增加车辆续航里程
- 浸没冷却以提高锂离子电池的安全性和热管理
- 通过用介电液体替代封装材料实现快速充电
- 按需脱粘以使电动汽车生产更可持续
- 标准化电池设计以降低每个电池组的成本
尽管电动汽车电池的使用寿命结束后的问题对消费者来说不太相关，但对胶粘剂制造商和汽车制造商来说却是重中之重。电池在达到使用寿命后会发生什么？电池可以回收吗？如何拆解电池以在其他应用中重复使用电池单元？
实现电动汽车电池更可持续的使用寿命结束的一个解决方案是，在电池达到汽车使用寿命结束后，重新使用模块或电池组，但仍然存储足够的电力使其可行。车辆电池通常在仍有80%容量时被更换。这些“旧”电池可以直接用于电网稳定或家庭能源存储系统（ESS），在这些应用中，空间问题不如在车辆中那么重要。
电动汽车电池设计挑战的解决方案
无论下一个电动汽车能源存储趋势是什么，创新的胶粘剂始终是保护、密封、粘合或管理电池内热量所需的。考虑快速冷却。如果汽车制造商用介电液体而不是泡沫包裹电池单元以快速冷却电池单元，则电池将需要具有高粘附强度和结构特性的耐化学胶粘剂，以保持单元的完整性。胶粘剂始终是必需的，即使它们的形式和功能发生变化。
H.B. Fuller开发的胶粘剂和密封剂能够满足今天和未来的电池设计挑战。今天，通过我们的产品（如开创性的H.B. Fuller® EV Protect 4006 SFR），以及明天通过客户合作伙伴关系。H.B. Fuller的工程师与客户密切合作，通常从电池概念阶段开始（在生产前几年）。我们还可以帮助客户在生产前或生产过程中进行运行变更，以克服意外挑战。
“在H.B. Fuller，我们有能力进行修改，并且我们拥有与客户早期项目接洽的专业知识和经验，”Schloegl说，“我们帮助客户进行有限元分析（FEA）、材料卡、胶粘剂友好设计、实验室测试和工艺开发。”
与H.B. Fuller合作可以获得分配制造商和全球生产设施的支持。除了常用的聚氨酯和丙烯酸酯外，H.B. Fuller还在内部维护全系列胶粘剂技术，以测试客户的创新解决方案。我们努力为每个应用找到最佳匹配。
与H.B. Fuller合作，您可以克服电池设计挑战。请发送电子邮件至[email protected]，获取有关电动汽车能源存储需求的胶粘剂解决方案的更多信息。
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