机器人热管理方案

机器人导热材料应用方案

机器人行业热管理方案需结合应用场景、热源特性及系统约束，采用分层设计策略，涵盖材料、结构、主动/被动冷却技术及系统优化。在机器人散热设计中，导热材料的选择需综合考虑导热性能、结构适应性、长期稳定性及成本效益等方面。以下主要针对机器人关键部件提供相应解决方案。

一、核心控制器与处理器散热：导热凝胶+液冷技术

适用场景：智能驾驶控制器、AGV机器人主控板等高算力模块。

技术方案：导热凝胶+液冷技术

导热凝胶：通过硅树脂基材与氧化铝填料复合，实现0.5-3mm间隙自适应填充，导热系数达3-12W/m·K。其膏状特性可完全覆盖芯片与散热框架间的微小空隙，降低热阻至0.05℃·cm²/W以下。

液冷系统：通过冷却液循环将热量从散热器带走，热传导效率较传统风冷提升3-5倍，尤其适用于4680电芯等紧凑空间。

优势：

高效散热：导热凝胶快速传递核心部件热量，液冷系统提供高效热量排放通道。

高可靠性：导热凝胶耐高温、抗震动、抗老化，适应汽车复杂工作环境。

结构优化：液冷系统均匀分布温度，避免局部过热，延长设备寿命。

（机器人高算力芯片、高密度电池模组导热界面材料应用解析图）

二、机械臂与运动模块散热：导热硅胶片+相变材料、导热凝胶+壳体散热

适用场景：工业机器人机械臂、协作机器人关节等频繁运动部件。

技术原理：导热硅胶片+相变材料、导热泥+壳体散热

导热凝胶：导热凝胶通过其膏状、不固化及不粉化等特性可完全覆盖芯片、MCU、MOS管等高热源区域与散热框架间的微小空隙，配合降低热阻，避免局部高热源累积。

导热硅胶片：以1.2-25W/m·K导热系数填充发热源与散热器间隙，其柔软性与高压缩性（压缩率达50%）可适应不平整表面。‌同时提供绝缘、减震功能，且成本较低。

相变材料（PCM）：石蜡基复合PCM在温度升高时吸收热量并发生相变，填充界面空隙，减少热阻。其潜热吸收能力达200-300kJ/kg，可抑制温度骤升30%。

优势：

结构适应性：导热硅胶片材质柔软可弯曲、剪裁，适应复杂适机械臂关节机械结构。导热泥则通过其膏状不固化特性，可适用于内部狭小高热源区域，避免部件过热受损。

动态散热：相变材料根据温度自动调节状态，适应运动模块间歇性高负荷工况。

成本效益：导热硅胶片成本较液冷系统降低40%，维护周期延长至5年以上。

 （导热凝胶应用于交叉滚子轴承内MCU跟MOS管高热源区域）

三、高密度电池模组散热：导热硅胶片+导热凝胶

适用场景：人形机器人高密度电池模组

技术原理：

导热硅胶片：导热系数1.0-10.0 W/m·K，填充球形氧化铝或氮化硼颗粒，兼顾绝缘性与柔韧性，适应电池膨胀形变。

导热凝胶：导热路径简化为“电芯→冷板/壳体”，提高贴合紧密度，最大程度降低热阻水平，需采用高致密、低粘度导热凝胶。

四、特殊环境适应性方案

1. 极端温度环境（-40℃至200℃）

导热凝胶：通过硅树脂基材改性，实现-40℃至200℃极端工况下零应力贴合，避免热胀冷缩导致的材料脱落。

双组分导热胶：具有触变性，点胶后不流动，压合后可贴合不同高度界面，适用于无线充电板等PCB界面高度参差不齐的场景。

2. 防潮与绝缘需求

导热硅胶片：具备防潮、绝缘性能（击穿电压>10kV/mm），适用于户外机器人或潮湿环境。

导热灌封胶：对关节执行器、驱动电机、传感器等关键部件进行封装保护，可实现IP67级防水，同时导热系数达1.5-3.0W/m·K。

（机器人传感器内部有机硅灌封胶封装）