Baterie Tekutá chladicí deska

Chladicí deska s kapalinou je základní součástí pro tepelnou správu baterií v vozidlech s novou energií, systémech skladování energie a dalších průmyslových odvětvích. Dosáhá efektivní vyrovnání teploty baterie prostřednictvím kovového substrátu s vysokou tepelnou vodivostí a struktury průtokového kanálu mikrokanálu. Mezi jeho základní technologie patří oboustranná konstrukce chlazení (kontaktní plocha ≥ 80%), optimalizace odporu průtoku mikrokanálů (pokles tlaku ≤ 50kPa), kompozitní materiál pro změnu fáze (tepelná kapacita zvýšena o 30%) atd., přizpůsobený potřebám rozptýlení tepla baterií s vysokou hustotou energie (například NCM811, LFP) ve scénářích rychlého nabíjení (≥ 3C) a vysokého výboje (≥ 200kW), což zajišťuje, že rozdíl teploty baterie je ≤ 5 ℃ a životnost je prodloužena o 20%.

2. základní funkce

1. Efektivní vedení tepla a regulace teploty

Tepelná vodivost:

Údaje: Substrát je vyroben ze slitiny hliníku 6061-T6 (tepelná vodivost 167 W / m · K) nebo kompozitní struktury měděného hliníku (tloušťka měděné vrstvy 1,5 mm, tepelná vodivost 398 W / m · K), což je o 74% -315% vyšší než tradiční litý hliník (96 W / m · K).

Případ: Ningde Era CTP 3.0 kapalná chladicí deska přijímá měděný hliníkový kompozitní substrát a kontaktní tepelný odpor je snížen na 0,005 ℃ · v ² / W, který je propojen s nano tepelně vodivým gelem (tepelný odpor 0,003 ℃ · v ² / W), aby se dosáhl tepelného odporu mezi bateriovým modulem a kapalnou chladicí deskou ≤ 0,01 ℃ · v ² / W.

Výkon jednotnosti teploty:

Údaje: Použitím dvou vstupních a dvou výstupních kanálů (šířka kanálu 0,8-1,2 mm, hloubka 1,5-2 mm) a vlnných deflektorů (výška vlny 3 mm, vzdálenost vlny 5 mm) je teplotní rozdíl baterie řízen do ± 2 ℃ (při rychlosti vybíjení 2C), což je o 60% nižší než schéma jednoho vstupního a jednoho výstupního kanálu.

Zkouška: Když je 3M chladicí kapalina (FC-72, specifická tepelná kapacita 1,2 kJ / kg · K) obíhá průtokem 1,5 m / s, koeficient konvektivního přenosu tepla dosahuje 8000-12000 W / m ² · K a nejvyšší povrchová teplota baterie je snížena o 25 ° C ve srovnání s přirozeným chlazením.

2. Lehká a konstrukční pevnost

Optimalizace hustoty:

Údaje: Hustota tekutinou chlazené desky ze slitiny hliníku je 2,7 g/cm³, což je o 69,7% lehčí než hustota tekutinou chlazené desky z mědi (8,9 g/cm³). Vezměme si jako příklad tekutinou chlazenou desku Tesla Model 3, hmotnost jednoho kusu byla snížena z 8,5 kg v roztoku mědi na 2,6 kg, což vedlo ke snížení hmotnosti o více než 50 kg a zvýšení dosahu o 3-5%.

Kompozitní materiál: Pomocí substrátu z polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny (CFRP) (tepelná vodivost 5 W/m · K, hustota 1,5 g/cm ³) a kompozitního kovového průtokového kanálu se hmotnost dále sníží o 40%, vhodné pro ultralehké scénáře, jako jsou baterie dronů.

Mechanické vlastnosti:

Údaje: Výnosná pevnost ≥ 240MPa (stav T6), odolnost proti nárazu (Charpy V-notch) ≥ 25J / cm ², prochází studenými a horkými nárazovými zkouškami (1000 cyklů) od -40 ° C do 120 ° C bez trhlin, vhodné pro drsné pracovní podmínky zrychlení vibrací baterie 15g (nepřetržité po dobu 10 hodin).

Těsnění: Používá se průtokový kanál svařování laserem (pevnost svařování ≥ 80% pevnosti substrátu), detektor úniku heliového hmotnostního spektrometru detekuje míru úniku ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Pa · m³/s, snížení rizika úniku chladicí kapaliny o 99 %.

3. Odolnost proti korozi a spolehlivost

Povrchová úprava:

Údaje: Povrch substrátu je potažen niklovým fosforovým povlakem (tloušťka 5-10 μm) nebo nanokeramickým povlakem (tvrdost HV 800-1000) a zkouška solného postřiku (ASTM B117) nevykazuje žádnou korozi po 2000 hodinách, což je 6,7 krát odolnější vůči korozi než běžný nátěr (300 hodin).

Případ: Tepalná chladicí deska BYD Han EV využívá povlak niklovým fosforem a organické těsnění křemíkem, což je vhodné pro extrémní prostředí, jako je vysoká vlhkost v Hainanu a slaná alkalická půda na severu. Náklady na údržbu se sníží o 70 % během desetileté životnosti.

Odolnost proti mrazu:

Data: Konstrukce průtokového kanálu vyhrazuje 5% prostoru pro expanzi v kombinaci s chladicí kapalinou na bázi ethylenglykolu (bod zmrazu -40 °C) a prošla testy teplotního cyklu (500 cyklů) od -50 °C do 120 °C bez deformace. Ve srovnání s čistými vodními chladicími systémy je odolnost proti mrazu zvýšena o 20 krát.

Konstrukce proti ucpání: Na vstupu průtokového kanálu je nainstalována filtrační obrazovka z nerezové oceli 200 mesh, v kombinaci s on-line filtračním zařízením chladicí kapaliny (přesnost filtrace 10 μm), s rychlostí odstranění nečistot ≥ 99%, aby se zabránilo blokaci mikrokanálu.

4. Nákladová efektivita a kapacita masové výroby

Výrobní náklady:

Data: Náklady na jednu tekutinou chlazenou desku ze slitiny hliníku jsou 15-25 dolarů (velikost šarže více než 100 000 kusů), což je o 60% nižší než roztok mědi a o 40% nižší než proces lisování + pájení. Vývojový cyklus formy je 20-30 dní, s výrobní kapacitou 5000 kusů denně (8 hodin), vhodná pro velkou výrobu.

Porovnání procesů: Friction Stir Welding (FSW) nahrazuje tradiční pájení, zvyšuje účinnost svařování o třikrát, snižuje spotřebu energie o 50% a zvyšuje pevnost svařování o 40%. Je vhodný pro složité kanálové konstrukce.

Flexibilita přizpůsobení:

Data: Podporuje přizpůsobený design s šířkou kanálu 0,5-2mm a hloubkou 1-3mm, s faktorem složitosti ≤ 8 (obvod ² / plocha). Může dosáhnout gradient kanál (vstupní šířka 1,2 mm → výstup 0,8 mm), 3D zakřivený kanál a další nepravidelné struktury, přizpůsobené různým rozložením modulu baterie.

Typické scénáře aplikací a řešení

1. Nová energie napájecí baterie vozidla

Čistě elektrické vozidlo (BEV):

Struktura: Dvoulůžková mikrokanálová kapalná chladicí deska (vzdálenost kanálu 1,5 mm, hloubka 2 mm), integrovaná s otvory pro instalaci ventilu proti výbuchu, upevňovacími sloty bateriového modulu a izolační vrstvou (tloušťka 0,1 mm).

Výkon: Vhodný pro platformu s vysokým napětím 800V, s rozdílem teploty baterie ≤ 3 ℃ a tepelným odporem 0,02 ℃ / W při rychlém nabíjení (≥ 3C), který splňuje požadavek životnosti 10 let / 1,2 milionu kilometrů.

Hybridní elektrické vozidlo (HEV):

Struktura: měděná hliníková kompozitní kapalinově chlazená deska (měděná vrstva 1mm + hliníková vrstva 5mm), povrchová niklovaná elektromagnetická stínění, vestavěný materiál pro změnu fáze (PCM) absorbující vrstva tepla (bod tání 45 ℃).

Případ: baterie Toyota Prius s kapalinou chlazenou deskou, teplota spoje IGBT ≤ 120 ℃ při maximálním výkonu 150 kW, snížená o 20 ℃ ve srovnání s čistým hliníkovým roztokem a riziko tepelného úniku sníženo o 80%.