Placa de refrigeração líquida do pacote de bateria

A placa de refrigeração líquida é um componente central para a gestão térmica de baterias em veículos de nova energia, sistemas de armazenamento de energia e outras indústrias. Ele alcança uma equalização eficiente da temperatura do pacote de bateria através de um substrato metálico de alta condutividade térmica e estrutura de canal de fluxo de microcanal. Suas principais tecnologias incluem design de resfriamento duplo (área de contato ≥ 80%), otimização de resistência ao fluxo de microcanal (queda de pressão ≤ 50kPa), material composto de mudança de fase (capacidade de calor aumentada em 30%), etc., adaptado às necessidades de dissipação de calor de baterias de alta densidade energética (como NCM811, LFP) em cenários de carregamento rápido (≥ 3C) e descarga de alta potência (≥ 200kW), garantindo que a diferença de temperatura do pacote de bateria seja ≤ 5 ℃ e a vida útil seja prolongada em 20%.

2. Características principais

1. condução de calor eficiente e controle de temperatura

Condutividade térmica:

Dados: O substrato é feito de liga de alumínio 6061-T6 (condutividade térmica 167 W / m · K) ou estrutura composta de alumínio de cobre (espessura da camada de cobre 1,5 mm, condutividade térmica 398 W / m · K), que é 74% -315% maior do que o alumínio fundido a pressão tradicional (96 W / m · K).

Caso: Ningde Era CTP 3.0 placa de resfriamento líquido adota substrato composto de alumínio cobre, e a resistência térmica de contato é reduzida a 0,005 ℃ · em ² / W, que é combinado com nano gel condutor térmico (resistência térmica 0,003 ℃ · em ² / W) para alcançar a resistência térmica entre o módulo da bateria e a placa de resfriamento líquido ≤ 0,01 ℃ · em ² / W.

Desempenho de uniformidade de temperatura:

Dados: Usando canais de entrada e saída duplos (largura do canal 0,8-1,2 mm, profundidade 1,5-2 mm) e defletores ondulados (altura da onda 3 mm, distância da onda 5 mm), a diferença de temperatura do pacote de bateria é controlada dentro de ± 2 ℃ (a taxa de descarga de 2C), que é 60% menor do que o esquema de canal de entrada e saída única.

Teste: Quando o refrigerante 3M (FC-72, capacidade térmica específica 1,2 kJ / kg · K) é circulado a uma taxa de fluxo de 1,5 m / s, o coeficiente de transferência de calor convectivo atinge 8000-12000 W / m ² · K, e a temperatura de superfície mais alta da bateria é reduzida em 25 ℃ em comparação com o resfriamento natural.

2. Resistência leve e estrutural

Otimização de densidade:

Dados: A densidade da placa refrigerada por líquido de liga de alumínio é de 2,7 g/cm ³, que é 69,7% mais leve do que a placa refrigerada por líquido de cobre (8,9 g/cm ³). Tomando a placa refrigerada por líquido do Tesla Model 3 como exemplo, o peso de uma única peça foi reduzido de 8,5 kg na solução de cobre para 2,6 kg, resultando em uma redução de peso de mais de 50 kg e um aumento de 3-5% no alcance.

Material composto: Usando substrato de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) (condutividade térmica de 5 W / m · K, densidade de 1,5 g / cm ³) e composto de canal de fluxo de metal, o peso é reduzido ainda mais em 40%, adequado para cenários ultra leves, como pacotes de baterias de drones.

Propriedades mecânicas:

Dados: Resistência de rendimento ≥ 240MPa (estado T6), resistência ao impacto (Charpy V-notch) ≥ 25J / cm ², passando testes de impacto frio e quente (1000 ciclos) de -40 ℃ a 120 ℃ sem rachaduras, adequado para condições de trabalho duras de aceleração de vibração do pacote de bateria 15g (contínua por 10 horas).

vedação: canal de fluxo de soldagem a laser é usado (força de soldagem ≥ 80% da força do substrato), detector de vazamento do espectrómetro de massa de hélio detecta taxa de vazamento ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Pa·m³/s, reduzindo o risco de vazamento de refrigerante em 99%.

3. Resistência à corrosão e confiabilidade

Tratamento de superfície:

Dados: A superfície do substrato é revestida com revestimento de níquel-fósforo (espessura 5-10 μm) ou revestimento de nanocerâmica (dureza HV 800-1000), e o teste de pulverização de sal (ASTM B117) não mostra corrosão após 2000 horas, o que é 6,7 vezes mais resistente à corrosão do que a pintura comum (300 horas).

Caso: A placa de refrigeração líquida BYD Han EV adota revestimento de níquel fósforo e tratamento de selagem de silício orgânico, que é adequado para ambientes extremos, como alta umidade em Hainan e terra alcalina salina no norte. O custo de manutenção é reduzido em 70% durante a vida útil de 10 anos.

Resistência ao gelo:

Dados: O projeto do canal de fluxo reserva 5% de espaço de expansão, combinado com refrigerante baseado em etilenglicol (ponto de congelamento -40 ℃), e passou testes de ciclo de temperatura (500 ciclos) de -50 ℃ a 120 ℃ sem deformação. Em comparação com os sistemas de refrigeração a água pura, a resistência ao gelo é aumentada em 20 vezes.

Projeto anti-obstrução: Uma tela de filtro de aço inoxidável de malha 200 é instalada na entrada do canal de fluxo, combinada com um dispositivo de filtração online de líquido de refrigeração (precisão de filtração de 10 μm), com uma taxa de remoção de impurezas de ≥ 99%, para evitar o bloqueio de microcanais.

4. Eficiência de custo e capacidade de produção em massa

Custo de fabricação:

Dados: O custo de uma única placa refrigerada por líquido de liga de alumínio é de US $ 15-25 (tamanho do lote de mais de 100.000 peças), que é 60% menor do que a solução de cobre e 40% menor do que o processo de estampagem + soldagem. O ciclo de desenvolvimento do molde é de 20-30 dias, com uma capacidade de produção de 5000 peças por dia (8 horas), adequado para produção em grande escala.

Comparação do processo: Friction Stir Welding (FSW) substitui a soldagem tradicional, aumentando a eficiência da soldagem em três vezes, reduzindo o consumo de energia em 50% e aumentando a resistência da soldagem em 40%. É adequado para estruturas de canal complexas.

Flexibilidade de personalização:

Dados: Suporta design personalizado com largura de canal de 0,5-2mm e profundidade de 1-3mm, com um fator de complexidade de ≤ 8 (circunferência ² / área). Ele pode alcançar o canal de gradiente (largura de entrada 1.2mm → saída 0,8 mm), canal curvo 3D e outras estruturas irregulares, adaptando-se a diferentes layouts do módulo da bateria.

3, Cenários e soluções típicas de aplicação

1. Bateria de energia do veículo de nova energia

Veículo elétrico puro (BEV):

Estrutura: placa de refrigeração líquida de microcanal de camada dupla (espaçamento do canal de 1,5 mm, profundidade de 2 mm), integrada com furos de instalação da válvula à prova de explosão, fendas de fixação do módulo da bateria e camada de isolamento (espessura de 0,1 mm).

Desempenho: Adequado para plataforma de alta tensão de 800V, com uma diferença de temperatura do pacote de bateria de ≤ 3 ℃ e uma resistência térmica de 0,02 ℃ / W durante o carregamento rápido (≥ 3C), atendendo à exigência de uma vida útil de 10 anos / 1,2 milhão de quilômetros.

Veículo elétrico híbrido (HEV):

Estrutura: placa refrigerada líquida composta de alumínio de cobre (camada de cobre 1mm + camada de alumínio 5mm), blindagem eletromagnética banhada de níquel de superfície, material de mudança de fase incorporado (PCM) camada absorvente de calor (ponto de fusão 45 ℃).

Caso: placa refrigerada líquida do pacote de bateria Toyota Prius, temperatura de junção IGBT ≤ 120 ℃ na potência máxima de 150kW, reduzida em 20 ℃ em comparação com solução de alumínio puro e risco de fuga térmica reduzido em 80%.