Aplikace desek pro chlazení kapalinou ve vozidlech s novými zdroji energie

S rychlým rozvojem vozidel s novými energetickými zdroji (NEV) se bateriové systémy stávají výkonnějšími, kompaktnějšími a energeticky hustějšími. V důsledku toho se tepelný management stal kritickým faktorem ovlivňujícím bezpečnost, životnost a výkon baterií. Mezi všemi tepelnými řešeními se kapalinová chladicí deska stala klíčovou součástí bateriových systémů elektromobilů.

Typický systém chlazení baterie elektromobilu se skládá z bateriových článků, chladiče baterie, potrubí a kapalinového chladicího panelu baterie. Tyto komponenty spolupracují na udržení optimálních provozních teplot, zajištění rovnoměrnosti teploty a zabránění tepelnému úniku.

Role kapalinových chladicích desek v bateriových systémech elektromobilů

Kapalinová chladicí deska baterie, známá také jako studená deska, je zodpovědná za odvod tepla od bateriových článků. Obvykle se instaluje pod bateriové moduly nebo vedle nich, což umožňuje cirkulaci chladicí kapaliny a absorbování tepla generovaného během nabíjení a vybíjení.

Ve srovnání s chlazením vzduchem nabízejí kapalinové chladicí desky:

• vyšší účinnost přenosu tepla

• rychlejší tepelná odezva

• lepší rovnoměrnost teploty napříč buňkami

• vylepšená bezpečnost a životnost baterie

S vývojem bateriových systémů směrem k vyšším rychlostem nabíjení a vyšším výkonům neustále roste poptávka po pokročilých řešeních chladicích desek pro baterie elektromobilů.

Výzvy pro vodní chladicí desky v aplikacích elektromobilů

Na rozdíl od běžných tepelných komponentů musí vodní chladicí deska používaná ve vozidlech s novými energetickými systémy pracovat za náročných podmínek:

• vysoké mechanické zatížení (podpěra bateriových modulů)

• neustálé vystavení chladicí kapalině a potenciální korozi

• požadavky na dlouhou životnost

• vysoká spolehlivost a těsnicí výkon

Hliníkové deskové materiály pro kapalinové chlazení proto musí poskytovat jak vysokou pevnost, tak vynikající odolnost proti korozi. To vedlo k vývoji pokročilých pájených kompozitních materiálů speciálně určených pro automobilové chladicí systémy.

vývoj pájených kompozitních materiálů

Z hlediska materiálového inženýrství závisí výkon pájené kapalinové chladicí desky silně na složení slitiny a konstrukčním řešení. V posledních letech bylo vyvinuto několik nových kompozitních materiálů pro pájení na bázi hliníku, které splňují potřeby chladicích systémů baterií pro nové vozy.

1. vysokopevnostní hliníkové pájecí slitiny

Pro udržení hmotnosti baterie a strukturálního zatížení se jako základní materiál pro kapalinové chladicí desky používají vysokopevnostní hliníkové slitiny. Tyto slitiny poskytují:

• vynikající mechanická pevnost

• dobrá odolnost proti únavě

• kompatibilita s procesy pájení

Optimalizací složení slitiny mohou výrobci zlepšit jak strukturální integritu, tak dlouhodobou trvanlivost desky za studena.

2. korozivzdorné obkladové materiály

Vnitřní kanály kapalinového chladicího panelu baterie jsou neustále vystaveny chladicí kapalině, často směsi vody a glykolu. Toto prostředí může časem způsobit korozi.

Aby se tento problém vyřešil, na hliníkový substrát se přidávají korozivzdorné povlakové vrstvy. Tyto vrstvy:

• zlepšit odolnost proti korozi chladicí kapaliny

• prodloužit životnost

• udržovat stabilní tepelný výkon

To je obzvláště důležité pro aplikace chladicích desek baterií elektromobilů, kde je spolehlivost kritická.

3. pokročilé pájecí přídavné materiály

Pájecí přídavné materiály hrají klíčovou roli v zajištění silného spojení a utěsnění v pájené kapalinou za studena. Moderní přídavné materiály jsou obvykle založeny na systémech hliník-křemík a nabízejí:

• dobrá smáčivost a tekutost

• silná pevnost spoje

• konzistentní tepelná vodivost

Optimalizované přídavné materiály také pomáhají snižovat vady, jako je pórovitost, a zlepšovat celkovou kvalitu výrobku.

výrobní technologie pro kapalinové chladicí desky pro elektromobily

Pro výrobu kapalinových chladicích desek pro automobilové aplikace se používá několik výrobních metod:

technologie pájení

Vakuové pájení a pájení v řízené atmosféře se široce používají k výrobě pájených tekutých produktů za studena. Tyto metody zajišťují silné spojení, vynikající utěsnění a rovnoměrné rozložení tepla.

extruze + svařování

Extrudované hliníkové deskové struktury pro kapalinové chlazení nabízejí vysokou pevnost a nákladovou efektivitu, díky čemuž jsou vhodné pro velkovýrobu.

svařování třením s mícháním (FSW)

FSW poskytuje vysoce pevné a bezproblémové spoje, díky čemuž je ideální pro konstrukční konstrukce chladicích desek, které vyžadují jak chladicí, tak nosné funkce.

Každý proces je vybrán na základě návrhu produktu, nákladových požadavků a výkonnostních cílů.

optimalizace výkonu chladicích desek baterií

Pro dosažení optimálního výkonu musí konstrukce desky s kapalinovým chlazením zohledňovat:

• struktura průtokového kanálu

• rovnoměrnost distribuce chladicí kapaliny

• pokles tlaku a odpor proudění

• účinnost přenosu tepla

Pro optimalizaci návrhu kanálů a zajištění efektivního fungování kapalinového chladicího systému baterie v reálných provozních podmínkách se používají pokročilé simulační nástroje a testovací metody.

S vývojem vozidel s novými zdroji energie se bude důležitost efektivního řízení teploty jen zvyšovat. Kapalinové chladicí desky se staly klíčovou součástí pro zajištění bezpečnosti, výkonu a dlouhé životnosti baterie.

Díky vývoji pokročilých pájených kompozitních materiálů, vylepšené konstrukci slitin a optimalizovaným výrobním procesům dosahují moderní chladicí desky pro baterie elektromobilů vyšší pevnosti, lepší odolnosti proti korozi a lepšího tepelného výkonu.

V budoucnu, s neustálým pokrokem v technologii baterií, budou vysoce výkonné hliníkové kapalinové chladicí desky a pájené kapalinové chladicí desky hrát ještě důležitější roli v úspěchu vozidel s novými energetickými zdroji.