En el ámbito de los EV, la seguridad y el rendimiento de la batería dependen críticamente de una gestión térmica efectiva. Entre los componentes clave en
Sistemas de gestión térmica de batería, La placa de enfriamiento juega un papel central. Regula la temperatura de la batería al circular el refrigerante a través de los canales de flujo internos, eliminando el exceso de calor generado durante los ciclos de carga y descarga, o transfiriendo calor a la batería en ambientes fríos, lo que afecta la temperatura de funcionamiento óptima en todo momento.
Placas frías de bateríase clasifican típicamente en dos tipos principales en función del método de enfriamiento: sistemas de enfriamiento líquido y sistemas de enfriamiento de refrigerante directo. Los sistemas de enfriamiento de líquidos usan una mezcla de glicol de agua o un refrigerante similar que circula a través de canales internos en la placa fría para absorber y transferir el calor de las celdas de la batería. Este es el método más utilizado en vehículos eléctricos debido a su confiabilidad y madurez. En contraste, los sistemas de enfriamiento de refrigerante directo usan refrigerante como fluido de trabajo, que fluye directamente a través de la placa fría para eliminar el fuego. Este enfoque elimina la necesidad de un bucle de refrigerante intermedio y puede proporcionar una mayor eficiencia de enfriamiento y simplicidad del sistema, lo que lo hace adecuado para aplicaciones compactas o de alto rendimiento. En este artículo, presentaremos placas de enfriamiento líquido en detalles.
1. Tipos de placas de enfriamiento de líquidos
Actualmente, el mercado ofrece una variedad de estructuras de placas de enfriamiento líquidas, cada una con principios de formación, ventajas y inconvenientes de formación distintos. Los tipos más utilizados incluyen placas estampadas, placas extruidas y estructuras de tubo serpentina (tubo de arpa).
Plato de enfriamiento estampado
Las placas estampadas se fabrican presionando las láminas de aleación de aluminio para formar los canales de flujo de refrigerante interno. Gracias a la ductilidad y la resistencia de la aleación de aluminio, este método admite la integración de las placas de enfriamiento en los diseños CTP (celda-paquete) y CTC (celda a chasis). Las placas de enfriamiento estampadas permiten un diseño de ruta de flujo flexible, mejorando la eficiencia del intercambio de calor y la estabilidad del producto.
PRS: alta flexibilidad de diseño, buen contacto superficial, disipación de calor eficiente, excelente escalabilidad de producción y alta resistencia a la presión.
Cons: mayor costo, planosidad de superficie relativamente estricto y requisitos de precisión de ensamblaje.
Placa de enfriamiento extruida
Las placas extruidas se realizan extruyendo los perfiles de aluminio para crear canales de flujo internos. Cuentan con dos superficies planas que permiten el contacto directo con las celdas de la batería, maximizando el área de superficie de disipación de calor.
PRS: alta eficiencia de producción, estructura robusta, bajo costo y alta capacidad de carga.
Cons: el grosor de la pared desigual puede afectar la resistencia a la presión; La estructura rígida puede limitar la utilización del espacio en diseños compactos.
Tubo serpentino (tubo de arpa) Placa de enfriamiento
Este tipo utiliza tubos de aluminio formados en canales de flujo y soldados a colectores en ambos extremos. Se usa comúnmente en los diseños CMP (paquete de módulo celular) debido a su estructura simple, bajo peso y bajo costo.
Pros: bajo costo, ligero, estructura simple y fácil de procesar.
Cons: el canal de flujo único limita la eficiencia de transferencia de calor; El área de contacto pequeña reduce la efectividad del enfriamiento; No es ideal para sistemas de batería de energía de alta densidad.
Tabla de comparación
Tipo de ventajas de principios
Tubo serpentino formado por flujo de contacto de bajo costo de bajo costo y soldado de bajo costo, liviano, flujo limitado de estructura simple, área de contacto pequeña, disipación de calor promedio, capacidad de carga débil
Diseño flexible de estampado y soldadura de hoja estampada, buena superficie de contacto, alta eficiencia, buena resistencia a la presión, alto costo, estrictos requisitos de precisión de superficie y ensamblaje
Formación de extrusión extruida y sellado de precisión Alta eficiencia, bajo costo, sellado de complejo de estructura robusto, la planitud de la superficie afecta el contacto, no adecuado para diseños a base de tornillos
2. Factores clave para la selección de placas de enfriamiento
Rendimiento térmico
Capacidad de disipación del calor:
El diseño de la ruta de flujo afecta significativamente la transferencia de calor. Las placas estampadas ofrecen una alta flexibilidad, lo que permite un mayor flujo de calor y una mayor eficiencia. Las aleaciones de aluminio con buena conductividad térmica (150–250 W / m · k) se usan comúnmente.
Uniformidad de la temperatura:
La temperatura uniforme es esencial para la consistencia de la batería. Los diseños de flujo multicanal, especialmente en placas extruidas, ayudan a minimizar los gradientes de temperatura.
Rendimiento mecánico
resistencia a la fuerza y presión:
Las placas de enfriamiento deben soportar la compresión mecánica de las celdas de la batería y la presión interna del refrigerante. Si bien las placas extruidas ofrecen una estructura robusta, el grosor de la pared desigual puede reducir la tolerancia a la presión. Las placas estampadas dependen de la calidad de la soldadura para garantizar la durabilidad.
Vibración y resistencia al impacto:
Las pruebas de vibración bajo GB38031 pueden exponer las debilidades. Las placas de tubo de arpa pueden aflojarse en las juntas de soldadura. Placas estampadas de diseño incorrectamente grietas de fatiga de riesgo. Las placas extruidas son generalmente fuertes, pero la amortiguación de las articulaciones deficientes puede provocar daños.
Características del material
Conductividad térmica:
Las aleaciones de aluminio logran un equilibrio entre peso, costo, procesabilidad y rendimiento térmico.
Resistencia a la corrosión:
La exposición prolongada al refrigerante puede causar corrosión, adelgazamiento de paredes o fugas. Los tratamientos superficiales como la anodización mejoran la resistencia a la corrosión, pero los niveles extremos de pH o los ambientes duros pueden degradar las capas protectoras.
Consideraciones de costos
Costos de material de dibujo:
Las placas de tubo de arpa son las más rentables. Las placas estampadas tienen costos moderados, mientras que las placas extruidas requieren perfiles de alta calidad, aumentando los gastos.
Costos de fabricación:
El estampado y la extrusión implican altos costos iniciales de herramientas y equipos. Las técnicas avanzadas de soldadura como la fricción agitan los costos de soldadura, mientras que la soldadura es más económica. Los diseños de canales complejos también se suman a los costos de producción.
Integración con paquetes de baterías
Compatibilidad dimensional:
Los paquetes de baterías compactos exigen diseños de placas de enfriamiento altamente adaptables. Las placas de tubo de arpa se adaptan a espacios más pequeños, mientras que las placas estampadas ofrecen rutas de flujo personalizables. Las placas extruidas tienen áreas de contacto más grandes pero menos flexibilidad espacial.
E, de instalación:
La alta integración y la facilidad de ensamblaje mejoran la eficiencia de producción. Los diseñadores deben considerar la compatibilidad con la estructura del paquete de baterías y el proceso de ensamblaje.
Seleccionar la placa de enfriamiento de líquido derecho implica equilibrar el rendimiento térmico, la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión, el costo y los requisitos de integración. Mientras que las placas estampadas dominan en los diseños CTP / CTC de próxima generación, los tipos de tubos extruidos y de arpa también tienen valor en escenarios específicos. Comprender estos factores ayuda a los ingenieros a tomar decisiones informadas para garantizar la seguridad, la confiabilidad y la longevidad de los sistemas de baterías EV.
