Pengenalan: Cabaran baharu kenderaan tenaga baharu terhadap salutan
Kebangkitan kenderaan tenaga baharu bukan sahaja menstruktur semula landskap industri automotif, malah mengemukakan cabaran teknikal yang belum pernah berlaku kepada industri cat. Berbeza dengan kenderaan bahan api tradisional, sistem tiga elektrik (bateri, pemacu elektrik, kawalan elektronik) kenderaan tenaga baharu mempunyai keperluan terhadap lapisan pelindung yang jauh melebihi skop tradisional “estetik + pencegahan kakisan”—pakej bateri memerlukan rintangan api dan penebat haba, pemacu elektrik memerlukan rintangan korona dan penebat, kotak bateri memerlukan pencegahan kakisan ultra jangka panjang, dan keperluan ini selalunya perlu dilaksanakan secara bertindan pada satu produk yang sama.
Keperluan teras sistem tiga elektrik kenderaan tenaga baharu terhadap salutan ialah——pakej bateri memerlukan fungsi berganda iaitu rintangan api tahap UL 94 V-0 dan pengurusan pengaliran haba, pemacu elektrik memerlukan penebat tahan korona (PDIV ≥ 1500 Vp), dan kotak bateri memerlukan rintangan kakisan semburan garam ≥ 1000 j.Tiga keperluan ini mempunyai ambang teknikal yang jauh lebih tinggi berbanding cat kenderaan tradisional, dan merupakan tajuk utama yang akan diuraikan secara sistematik dalam artikel ini.
I. Sistem salutan pelindungan pakej bateri
1.1 Prinsip teknikal salutan tahan api pakej bateri
Lapisan tahan api pakej bateri kuasa adalah sejenis cat tahan api jenis mengembang yang disapukan pada permukaan dalam cangkerang pakej bateri (biasanya aloi aluminium, keluli kekuatan tinggi atau bahan komposit). Mekanisme terasnya ialah: apabila bateri mengalami kehilangan kawalan haba menyebabkan suhu meningkat mendadak (biasanya melebihi 200°C), agen pembentuk arang, agen dehidrasi dan agen berbuih dalam lapisan bertindak balas secara kimia secara berurutan, membentuk satu lapisan karbon terpadat dengan ketebalan sehingga 50-100 kali lapisan asal. Lapisan karbon ini mempunyai kekonduksian haba yang sangat rendah (biasanya ≤ 0.05 W/m·K), mampu menghalang pemindahan haba dengan berkesan, memberi masa yang berharga untuk penumpang menyelamatkan diri iaitu ”5 minit emas”.
Menurut GB 38031-2020 “Keperluan Keselamatan Bateri Kuasa untuk Kenderaan Elektrik”, selepas kehilangan kawalan haba berlaku pada sel bateri tunggal, pakej bateri hendaklah sekurang-kurangnya tidak terbakar dan tidak meletup dalam tempoh 5 minit. Salutan pencegah api jenis pengembangan merupakan salah satu laluan teknologi utama untuk mencapai objektif tersebut.
1.2 Salutan struktur perentuhan haba pakej bateri
Berbeza dengan keperluan “penebat haba” bagi salutan tahan api, salutan struktur pengalir haba antara modul bateri dan plat penyebar haba perlu mengekalkan keupayaan pengaliran haba yang cekap dalam julat suhu operasi bateri (-30°C hingga 80°C). Sistem salutan pengalir haba utama semasa termasuk:
| Jenis salutan pengalir haba | Kekonduksian haba (W/m·K) | Kekuatan ikatan (MPa) | Senario yang sesuai | Kos rujukan (yuan/kg) |
|---|---|---|---|---|
| Gris pengalir haba | 1.0 – 5.0 | N/A (tiada kekuatan struktur) | Pengisian celah antara modul dan plat penyejuk | 50 – 200 |
| Gam struktur pengalir haba (sistem epoksi) | 0.8 – 2.5 | ≥ 8 | Perekatan struktur sel bateri dan plat penyejuk | 80 – 300 |
| Gam struktur pengalir haba (sistem poliuretana) | 0.6 – 2.0 | ≥ 5 | Senario keperluan fleksibel | 60 – 200 |
| Pad pengalir haba | 1.0 – 12.0 | N/A (mampatan dan pulih balik) | Pengisian celah besar | 100 – 600 |
| Gam tuangan pengalir haba | 0.5 – 2.0 | ≥ 3 | Tuangan keseluruhan modul | 50 – 150 |
1.3 Salutan pencegah kakisan bagi kotak bateri
Kotak pakej bateri biasanya dipasang di bawah casis kenderaan, dan secara langsung menanggung impak batu kerikil jalan, rendaman lumpur dan air, serta hakisan garam cair salji musim sejuk dan keadaan operasi ekstrem lain. Sistem salutan antikarat kotak bateri tipikal adalah:
- Pra-pemprosesan: Rawatan silana atau fosfat zink (berat filem 2-3 g/m²)
- Cat dasar: Cat dasar epoksi zink kaya (ketebalan filem kering 60-80 μm, kandungan serbuk zink ≥ 80%)
- Cat permukaan: Salutan poliuretana atau poliurea tahan hentaman batu (ketebalan filem kering 100-200 μm, kadar pemanjangan ≥ 150%)
Sistem ini perlu lulus ujian kabus garam neutral ≥ 1000 j (ASTM B117), dan pada masa yang sama perlu memenuhi keperluan rintangan hentaman batu (ISO 20567-1, hentaman suhu rendah -20°C).
II. Salutan penebat unit pemacu elektrik
2.1 Keperluan baharu motor wayar rata terhadap lakuer penebat
Dengan penggunaan meluas platform voltan tinggi 800V, voltan kerja motor pemacu telah meningkat daripada 400V tradisional kepada 800V malah lebih tinggi. Motor wayar rata (motor Hair-pin) telah menjadi laluan teknologi arus perdana kerana kepadatan slot dan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, masalah kepekatan tegasan lapisan penebat pada konduktor segi empat tepat motor wayar rata di bahagian bengkok memberi keperluan yang sangat tinggi terhadap keanjalan dan kelekatan cat penebat.
Petunjuk prestasi utama bagi varnis rendaman penebat pemacu elektrik termasuk:
- PDIV (Voltan Permulaan Pelepasan Separa):≥ 1500 Vp (platform 800V disyorkan ≥ 1800 Vp)
- Jangka hayat kalis korona:≥ 500 h (IEC 60343, voltan dwi-kutub 1.5 kV, frekuensi 10 kHz)
- Minyak ATF tahan lasak: Rendaman 150°C × 1000 j, kadar pengekalan voltan pecah ≥ 80%
- Tahap haba:Class H (180°C) atau Class C (200°C+)
2.2 Perbandingan sistem varnis rendaman penebat
| Jenis varnis rendaman | Gred ketahanan haba | PDIV (Vp) | Ketahanan minyak ATF | Kandungan VOC (g/L) | Keadaan pengerasan |
|---|---|---|---|---|---|
| Sistem epoksi-anhidrida | Class F (155°C) | 1200 – 1600 | Baik | 50 – 150 | 150°C × 2j |
| Poliester imina tak tepu | Class H (180°C) | 1500 – 2000 | Sederhana | 30 – 100 | 160°C × 1.5j |
| Sistem silikon | Class C (200°C+) | 1800 – 2500 | Cemerlang | 100 – 250 | 200°C × 2j |
| Epoksi-poliuretana berasaskan air | Class F (155°C) | 1000 – 1400 | Biasa | ≤ 50 | 140°C × 1j |
III. Salutan Pelindung Sistem Kawalan Elektronik
Papan PCB untuk unit kawalan elektronik (OBC/DCDC/PDU) biasanya menggunakan cat pelindung tiga lapis (Conformal Coating) untuk mencegah kegagalan litar akibat kelembapan, kabus garam, dan gas kimia. Keperluan tambahan cat pelindung tiga lapis untuk kawalan elektronik kenderaan tenaga baharu termasuk:
- Julat tahan suhu: -40°C hingga 150°C (pemasangan berhampiran ruang enjin)
- CTI (Indeks Jejasan Kebocoran Relatif): ≥ 600V
- Prestasi pengaliran haba: Sesetengah OBC berketumpatan kuasa tinggi memerlukan salutan mempunyai sedikit keupayaan pengaliran haba.
- Gred retardan api UL 94 V-0
IV. Proses Pembinaan dan Kawalan Kualiti
4.1 Kerja Pemasangan Salutan Tahan Api Pek Bateri
Cara pemasangan cat pencegah api pakej bateri terutamanya merangkumi dua jenis iaitu semburan tanpa udara dan gam salut presisi dua komponen. Ketebalan filem kering lapisan pencegah api biasanya antara 1.0 – 3.0 mm, jauh lebih tebal berbanding cat biasa, oleh itu memerlukan teknologi pemasangan salut tebal yang khusus. Parameter kawalan utama termasuk:
- Suhu penggam: 25°C – 40°C (prapanas sebelum campuran dua komponen)
- Tekanan sapuan gam: 15 – 25 MPa (semburan tanpa udara)
- Ketebalan filem seragam: ± 0.2 mm (pemantauan dalam talian ketebalan laser)
- Keadaan pengerasan: Suhu bilik 7 hari atau pengerasan pecutan 80°C × 4 j.
4.2 Proses Perendaman Penebat Pemacu Elektrik
Proses impregnasi stator motor wayar rata terutamanya merangkumi tiga kaedah iaitu Rendaman (Dip), Titisan (Trickle) dan Impregnasi Vakum Tekanan (VPI). VPI merupakan kaedah paling dipercayai untuk menjamin PDIV yang tinggi, dengan mengeluarkan gelembung udara di dalam lilitan melalui vakum, kemudian membenarkan lakuer penebat menembusi sepenuhnya di bawah tekanan.
V. Trend Industri dan Tinjauan Teknikal
Meninjau tahun 2026–2030, teknologi salutan tiga elektrik (bateri, motor, elektronik kuasa) kenderaan tenaga baharu akan berkembang ke arah berikut:
- Bersepadu pelbagai fungsi: Satu lapisan tunggal mencapai pencegahan kebakaran + pengaliran haba + penebat secara serentak, mengurangkan proses dan jenis bahan
- Penyesuaian bersepadu CTP/CTC:Seiring dengan perkembangan teknologi Cell-to-Pack dan Cell-to-Chassis, salutan perlu serasi secara langsung dengan sel bateri dan komponen struktur badan kenderaan
- Permintaan baharu bateri keadaan pepejal:Elektrolit pepejal sangat sensitif terhadap kelembapan, memerlukan lapisan pembungkusan dengan halangan wap air yang sangat tinggi
- Lapisan nano ringan:Menggunakan teknologi pengubahsuaian aerogel atau pengisian mikrosfera berongga untuk mengurangkan ketumpatan lapisan sebanyak 30%-50%
- Salutan pembaikan sendiri pintar: Salutan boleh membaiki sendiri secara autonomi selepas rosak, memanjangkan kitaran hayat pakej bateri
Soalan Lazim (FAQ): Isu Biasa Berkaitan Salutan Tiga Komponen Elektrik Kenderaan Tenaga Baharu
Q1: Bagaimanakah salutan tahan api bateri dan sistem pemadaman pasif bekerjasama?
Salutan tahan api menyediakan halangan rintangan api pertama, mula mengembang membentuk lapisan karbon pada peringkat awal kehilangan kawalan haba. Sistem pemadaman pasif (seperti pemadam api aerosol) bertindak sebagai barisan pertahanan kedua, diaktifkan apabila suhu meningkat melebihi ambang pencetus. Kedua-duanya membentuk struktur perlindungan berganda “pencegahan kebakaran pasif + pemadaman aktif”.
Q2: Bagaimanakah cara memilih standard PDIV untuk varnis rendaman penebat pemacu elektrik?
Nilai PDIV hendaklah sekurang-kurangnya 1.5 kali ganda voltan puncak operasi motor. Untuk platform 400V, PDIV ≥ 900 Vp; untuk platform 800V, PDIV ≥ 1500 Vp (disyorkan ≥ 1800 Vp untuk memberi margin keselamatan).
Q3: Apakah perbezaan proses pemasangan antara pelekat struktur pengalir haba dan pelekat pengisi celah pengalir haba?
Pelekat struktur pengalir haba memerlukan kawalan tepat terhadap lintasan sapuan gam dan jumlah gam (biasanya menggunakan injap kuantitatif servo), kerana ia turut berfungsi sebagai pelekat struktur; pelekat pengisi celah pengalir haba terutamanya mengisi celah besar, mempunyai keperluan yang agak rendah terhadap ketepatan sapuan gam, tetapi mempunyai keperluan terhadap kebolehelastikan mampatan.
Q4: Apakah hubungan antara salutan penebat haba antara sel dan papan perlindungan kebakaran peringkat modul?
Salutan penebat haba antara sel (seperti salutan aerogel atau kertas mika) digunakan untuk melambatkan penyebaran kehilangan kawalan haba dari sel tunggal ke sel bersebelahan; papan perlindungan kebakaran peringkat modul (seperti papan mika) pula menyediakan pengasingan kebakaran tahap lebih tinggi di peringkat modul. Kedua-duanya saling melengkapi fungsi dan bersama-sama membentuk sistem perlindungan penyebaran haba berbilang peringkat.
Q5: Bagaimanakah masalah lekatan pada bahan asas aloi magnesium bagi kotak bateri diselesaikan?
Permukaan aloi magnesium amat mudah membentuk lapisan magnesium oksida yang longgar, menyebabkan lekatan salutan yang lemah. Penyelesaian termasuk: pra-rawatan pengoksidaan arka mikro (MAO) untuk membentuk lapisan seramik padat, rawatan dengan pengganding silana khusus (mengandungi sistem Zr/Ti), atau penggunaan cat dasar epoksi yang mengandungi agen promosi lekatan khas.
Q6: Apakah keperluan prestasi rintangan minyak ATF bagi cat penebat dalam persekitaran penyejukan minyak pemacu elektrik?
Cat penebat pemacu elektrik penyejukan minyak mesti lulus ujian penuaan rendaman minyak ATF: selepas direndam dalam minyak ATF pada 150°C selama 1000 j, kadar pengekalan voltan pecah ≥ 80%, dan filem cat tidak boleh menunjukkan buih, melembut atau terkelupas. Sistem silikon organik menunjukkan prestasi terbaik dalam ujian ini.
Q7: Apakah cabaran baharu bagi salutan penebat pada platform voltan tinggi 800V?
Cabaran platform 800V termasuk: keperluan PDIV yang lebih tinggi (≥ 1500 Vp berbanding 900 Vp pada platform 400V), kesan kakisan nyahcas tempatan yang lebih kuat, keperluan lebih ketat terhadap pemalar dielektrik dan faktor kerugian dielektrik bagi varnis penebat, serta tekanan du/dt yang lebih tinggi akibat pensuisan frekuensi tinggi (peranti SiC).
Q8: Bagaimanakah pakej bateri bersalut boleh lulus ujian penyebaran haba GB 38031-2020?
GB 38031-2020 memerlukan pakej bateri tidak terbakar dan tidak meletup dalam masa 5 minit selepas kehilangan kawalan haba sel tunggal dicetuskan. Strategi penampan salutan termasuk: mengecat permukaan dalam penutup atas pakej bateri dengan cat tahan api jenis mengembang ≥ 2mm, mengisi gam pengedap penebat haba di antara sel, dan meletakkan salutan komposit pengalir haba + penebat haba di bahagian bawah modul.
Q9: Bagaimanakah salutan penebat ketumpatan rendah mencapai matlamat pengurangan berat?
Dengan memperkenalkan pengisi ringan seperti mikrosfera seramik berongga (ketumpatan 0.2-0.6 g/cm³), serbuk aerogel (ketumpatan 0.1-0.3 g/cm³) atau mikrokapsul berbuih, ketumpatan salutan tahan api boleh diturunkan daripada 1.3-1.5 g/cm³ kepada 0.6-0.9 g/cm³. Namun, perlu diberi perhatian bahawa ketumpatan rendah mungkin menjejaskan kekuatan lapisan terkarbon, dan perlu diseimbangkan melalui pengoptimuman formulasi.
Q10: Bagaimanakah barisan cat boleh serasi dengan cat badan kereta tradisional dan cat khusus tiga elektrik?
Pakej bateri dan unit pemacu elektrik biasanya tidak dicat pada barisan cat badan kereta, sebaliknya disiapkan pada barisan cat khusus yang berasingan. Suhu pengerasan cat tiga elektrik biasanya lebih rendah daripada cat badan kereta tradisional (elektroforesis 180-200°C berbanding lapisan tiga elektrik selalunya 80-150°C), oleh itu tidak dapat dihasilkan secara sebaris. Sebahagian kilang baharu menggunakan susun atur selari “barisan utama + barisan bantu” untuk meningkatkan kecekapan.
Q11: Bagaimanakah ujian dan penilaian kadar pengembangan lapisan karbon bagi cat tahan api dijalankan?
Rujuk kaedah ujian kadar pengembangan dalam GB 14907-2018 “Cat Tahan Api Struktur Keluli”, dengan memanaskan sampel salutan dalam relau muffle pada suhu berbeza (300°C, 500°C, 800°C), ukur nisbah ketebalan lapisan karbon dengan ketebalan asal. Secara amnya, kadar pengembangan ≥ 20 kali dikehendaki, dan struktur lapisan karbon hendaklah padat, seragam serta tiada retakan tembus.
Q12: Apakah keperluan pematuhan peraturan alam sekitar bagi salutan untuk pek bateri?
Perlu mematuhi had GB 24409-2020 “Had Bahan Berbahaya dalam Cat Kenderaan” bagi VOCs, logam berat (Pb, Cr6+, Hg, Cd), sebatian aromatik benzena, dan eter glikol. Pek bateri eksport juga perlu mematuhi arahan ELV EU (2000/53/EC) dan peraturan REACH mengenai had bahan yang menjadi perhatian tinggi (SVHC).
Bacaan berkaitan
Ringkasan
Sistem salutan pelindung tiga elektrik kenderaan tenaga baharu merupakan bidang persilangan teknologi yang tinggi, melibatkan sains bahan tahan api, kejuruteraan penebat elektrik, reka bentuk pengurusan haba dan teknologi perlindungan kakisan empat arah profesional utama. Apabila memilih skim salutan, perlu bermula daripada matlamat keselamatan kenderaan secara menyeluruh, digabungkan dengan reka bentuk struktur pek bateri, tahap voltan platform pemacu elektrik dan kekangan kos pembuatan, untuk melakukan pemilihan skim dan perancangan proses secara sistematik. Kilang salutan bahan baharu Kexin telah menyediakan skim salutan pelindung tiga elektrik tersuai untuk beberapa syarikat kenderaan tenaga baharu, dialu-alukan menghubungi kami untuk mendapatkan perundingan teknikal profesional.