Tabla de contenido
1. ¿Por qué los paquetes de baterías necesitan placas de enfriamiento?
2. clasificación y aplicación de placas frías
3. Procesos de las placas de enfriamiento
4. Diseño estructural de la placa de prisión
5. Factores clave en la selección de la placa de enfriamiento de la batería
6. Pruebas de limpieza y opresión del aire antes de la entrega de placas de enfriamiento
7.Conclusión
A medida que los vehículos eléctricos se mueven gradualmente hacia la carga rápida de alta potencia (plataforma 800V), la densidad de energía ultra alta (como la batería Kirin 255wh / kg) y la alta integración (tecnología CTC / CTB), la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía también está aumentando. La tecnología de enfriamiento de líquidos ya se ha convertido en una "configuración imprescindible" para los paquetes de baterías.
¿Qué tipos de placas de enfriamiento de líquidos hay como componentes clave del sistema de enfriamiento líquido?
¿Qué tipos de placas de enfriamiento se aplican en módulos prismáticos, cilíndricos y de células de bolsa?
01 ¿Por qué las baterías necesitan placas de enfriamiento?
Durante la carga y descarga, las baterías eléctricas o las baterías de almacenamiento de energía generan una gran cantidad de calor (más severo durante la carga rápida). Si no se puede eliminar a tiempo, puede causar fugas térmicas, lo que provoca fuego o explosión.
La temperatura de funcionamiento óptima para las baterías de iones de litio es de 25 a 40 ℃. Exceder este rango de temperatura no solo acorta significativamente la vida útil del ciclo de la batería, sino que también aumenta en gran medida los riesgos de seguridad a temperaturas extremas.
En comparación con las soluciones de enfriamiento del aire, el enfriamiento líquido puede lograr una densidad de disipación de calor de 5–10 W / cm², que es aproximadamente 5-10 veces que el enfriamiento del aire, mejorando en gran medida el rendimiento de la disipación de calor de los paquetes de baterías de alta densidad de energía.
Tabla de comparación:
| Dimensión de comparación |
Refrigeración por aire |
Enfriamiento de líquido |
| Eficiencia de disipación de calor |
Bajo (solo 0.5–2 W / cm²) |
Alto (5–10 W / cm², 5–10 veces el de enfriamiento de aire) |
| Precisión del control de temperatura |
± 5 ℃ o más (muy afectado por la temperatura ambiente) |
Dentro de ± 2 ℃ (controlado con precisión) |
| Escenario aplicable |
Batería de baja potencia (rango ≤300 km), paquetes de baterías de baja integración |
Alta potencia (carga rápida / alta densidad de energía), CTP / Tecnología CTC |
| Volumen y peso |
Requiere un gran espacio de ventilación, aumenta el peso del vehículo |
Los canales de flujo son delgados (≤3 mm), alta integración, liviana |
En verano:La densidad de disipación de calor del enfriamiento por aire es baja, y la temperatura de la batería puede alcanzar más de 50 ℃, lo que obliga a la potencia de carga a disminuir y extender el tiempo de carga.
En invierno: El enfriamiento por aire no puede calentar activamente la batería. La batería debe consumir energía adicional para mantener la temperatura, lo que lleva a una reducción significativa en el rango de conducción (20-30%).
Desde 2020, la tecnología de enfriamiento de líquidos se ha aplicado gradualmente ampliamente en los paquetes de baterías. En la actualidad, el enfriamiento líquido ha reemplazado básicamente el enfriamiento de aire. Con el avance tecnológico continuo, el enfriamiento de líquido de inmersión y el enfriamiento del material de cambio de fase mejorará aún más el rendimiento de los sistemas de gestión térmica del paquete de baterías en el futuro.
02. clasificación y aplicación de placas frías
1.1 Clasificado por proceso de soldadura:
Soldadura por fricción de revuelo:Requiere tecnología avanzada; El diseño es flexible, el rendimiento es bueno, la fiabilidad es alta, la capacidad de carga es buena; El costo es más alto y el peso es pesado.
Placa de enfriamiento de tubo plano:Bajo umbral tecnológico, procesamiento simple, bajo costo, adecuado para la producción en masa.
Placa de enfriamiento estampada:Mayor umbral tecnológico, diseño más flexible, mejor rendimiento, alta confiabilidad.
Tubo serpentino:Contactos de líquido de enfriamiento Más área de batería, proceso complejo, aplicación única.
1.2 Procesos de fabricación principales de placas de enfriamiento
Tipo de extrusión:
Tipo de estampado:
Tipo de acordeón:
1.3 Aplicaciones de placa de enfriamiento en paquetes de baterías:
| Artículo |
Selección |
| Prismático |
Aplique una placa de enfriamiento de agua a nivel de módulo en la parte inferior de la batería (los canales de flujo se pueden configurar en la caja de batería de fundición), por ejemplo, placa de soldadura de revocación de fricción / placa de tubo plano / placa estampada |
| Cilíndrico |
Tubos serpentinos entrelazados entre las células cilíndricas, cada celda en contacto con tubería de agua, por ejemplo, tubo serpentino |
| Bolsa |
Pequeñas placas de enfriamiento de agua integradas dentro del módulo, placas de aluminio integradas, por ejemplo, placa estampada |
Las placas de enfriamiento para paquetes de baterías de energía vienen en varias formas. Diferentes estructuras son adecuadas para diferentes modelos de vehículos y sistemas de baterías. No hay un estándar universal para la mejor placa de enfriamiento. Antes de finalizar el diseño, se deben realizar simulaciones térmicas para diferentes estructuras para comparar las diferencias de temperatura y temperatura máxima, seleccionando la solución óptima de rendimiento general.
03. Procesos de las placas de enfriamiento
Hay tres procesos de soldadura para placas de enfriamiento: soldadura, soldadura por fricción y soldadura sin flujo.
La soldadura es ampliamente utilizado en soldadura de radiador automotriz tradicional. Utiliza metal de relleno fundido para humedecer el material base, llenar el vacío de la interfaz y difundir con el material base para conectar las piezas. Su ventaja es que puede soldar estructuras complejas, y las piezas pueden hacerse muy delgadas.
Soldadura por revocación de fricción Utiliza el movimiento relativo y la fricción entre el cabezal de soldadura y la cara de la pieza de trabajo para generar calor, haciendo que los extremos alcancen un estado termoplástico para completar la soldadura. Esta soldadura requiere que las partes mismas tengan suficiente fuerza.
Soldadura sin flujose desarrolla en base a la soldadura, lo que permite que las piezas soldadas logren un grosor y peso mínimos.
04 Diseño de estructura de placa de enfriamiento
1.1 Selección de material:
Placa de enfriamiento de soldadura: AL-6063-T5
Placa de enfriamiento de soldadura por fricción: AL-3003
1.2 Puntos de diseño del canal de flujo:Los canales de flujo de las placas de enfriamiento se diseñan principalmente en dos tipos: doble bucle y bucle único. Las diferencias y los criterios de selección son los siguientes:
Doble bucle
Ilustración de diseño de canal de flujo de doble circuito
Los canales están dispuestos con un espacio mínimo bajo restricciones de proceso, con más bucles de circulación, lo que permite que la batería se caliente o se enfríe de manera más uniforme con diferencias de temperatura más pequeñas.
De bucle único
Ilustración de diseño de canal de flujo de bucle único
Los canales están dispuestos con un espacio mínimo bajo restricciones de proceso, lo que permite que la batería se caliente o se enfríe de manera más uniforme.
Criterios de selección:Independientemente del tipo de estructura, se prefiere el doble bucle cuando el espacio de diseño lo permite, ya que permite calentamiento y enfriamiento simultáneos, reduciendo las diferencias de temperatura.
1.4 parámetros centrales
Resistencia al flujo: La diferencia de presión cumple con los requisitos de dibujo técnico.
Resistencia térmica: Cumple con los requisitos de disipación de calor, asegurando los requisitos de uniformidad de temperatura de la batería y aumento de la temperatura.
Destrucción presionE: presione continuamente la placa de enfriamiento hasta que ocurra la falla. La placa de enfriamiento debe soportar una presión máxima ≥1MPA.
Herméticoidad: Cumple con el rendimiento del aire. Confirmado visualmente sin deformación interna o externa, daño o cambios estructurales.
Resistencia de temperatura alta y baja: Cumple con requisitos de atracción sin deformación ni daño.
Durabilidad de la vibración: Sin fugas, sin daños mecánicos después de la prueba, y la planitud mantiene las especificaciones de dibujo.
También hay requisitos para la resistencia a la soldadura articular y la resistencia interna de corrosión externa.
05 Factores clave para seleccionar placas de enfriamiento
La calidad de la conductividad térmica incluye dos aspectos: uno es que la placa de enfriamiento debe tener un alto coeficiente de conductividad térmica, y el otro es que debe garantizar una buena uniformidad de temperatura. Teniendo en cuenta varios materiales, la aleación de aluminio es una mejor opción, con una conductividad térmica de 150-250 W / (m · k), baja densidad, bajo costo y buena maquinabilidad. La placa de enfriamiento también debe garantizar que la diferencia de temperatura entre las celdas en el mismo paquete de batería sea ≤3 ℃. Por lo tanto, el diseño multicanal puede minimizar los gradientes de temperatura entre las células en diferentes posiciones.
Las placas de enfriamiento generalmente se encuentran en la parte inferior de la carcasa de la batería y necesitan soportar fuerzas de compresión de las celdas y la presión líquida del refrigerante. Por lo tanto, deben tener suficiente fuerza para evitar que las áreas de paredes delgadas fallaran bajo alta presión. Para los paquetes de baterías eléctricos, las placas de enfriamiento también necesitan vibración y resistencia al impacto para evitar grietas de fatiga causadas por la concentración de tensión. Para los paquetes de almacenamiento de energía, aunque las placas están estacionarias durante la operación, aún deben soportar ciertas fuerzas de vibración e impacto durante el transporte.
- Formación del canal de flujo
Las placas de enfriamiento extruidas están limitadas por el proceso, y sus canales de flujo solo pueden diseñarse como líneas rectas. Las placas de enfriamiento estampadas permiten un diseño de canal flexible, mejorando la densidad de flujo de calor y la eficiencia del intercambio de calor.
06 Prueba de limpieza y hermandad previa a la entrega de placas de enfriamiento
Las placas de enfriamiento son componentes críticos del sistema de enfriamiento de líquidos del paquete de baterías, y su limpieza y hermosidad son muy importantes.
Si los canales no están limpios, el flujo de refrigerante será desigual, y las partículas grandes pueden bloquear el flujo, reduciendo la eficiencia de la transferencia de calor. Además, las impurezas pueden dañar la capa protectora de óxido en las paredes metálicas, causando la corrosión de la placa de enfriamiento.
(1) Puntos de contaminación potenciales durante la fabricación
R. Durante el corte o el recorte, el aceite, el corte de refrigerante y los escombros de mecanizado pueden ingresar fácilmente a los canales.
B. Al limpiar herramientas con fluido de corte, los fragmentos de metal en el fluido pueden ingresar fácilmente a los canales de la placa de enfriamiento.
C. Los canales no lineales tienen puntos ciegos que son difíciles de limpiar a fondo.
(2) Limpieza y protección de las placas de enfriamiento
Use una pistola de agua de alta presión para enjuagar los canales internos de la placa de enfriamiento para eliminar residuos, partículas u otras impurezas. Después de lavar, el conjunto de la placa debe secarse para garantizar que no quede humedad.
Durante el manejo, las partículas extrañas también pueden ingresar a los canales, por lo que la entrada y la salida deben sellarse con anticipación, por ejemplo, con cubiertas de polvo o tapas de goma.
(3) Pruebas de aire acondicionado de placas de enfriamiento
La fuga de placas de enfriamiento es un problema grave. Afecta el flujo de refrigerante, reduce la disipación de calor, puede corroer el equipo e incluso puede causar cortocircuitos o fugas térmicas. Por lo tanto, todas las placas de enfriamiento deben probarse para su atracción antes de la entrega.
Sumerja la placa de enfriamiento en un tanque de agua y observe para que las burbujas juzguen la alegría. Este método es simple pero requiere secado después y rara vez se usa en la práctica.
- Método de caída de presión
El método de caída de presión juzga AirThightness midiendo cambios de presión dentro del paquete de baterías. Es simple, económico, eficiente y adecuado para pruebas de rutina a gran escala.
Parámetros clave:Presión de inflación, tiempo de inflación, tiempo de estabilización de presión y tasa de fuga.
Una excelente placa de enfriamiento no solo debe proporcionar suficiente disipación de calor, sino que también tiene un diseño estructural razonable para garantizar un contacto cercano con la batería, maximizando la extracción de calor. Con el rápido desarrollo de vehículos eléctricos y dispositivos de almacenamiento de energía, la demanda del mercado de placas de enfriamiento continúa creciendo. En el futuro, se espera que la tecnología de placas de enfriamiento se vuelva más avanzada, los diseños más refinados e incluso se pueden introducir nuevos materiales o soluciones inteligentes para mejorar aún más la disipación de calor y la vida útil. Es importante reconocer la importancia del diseño de placas de enfriamiento. No solo es clave para mantener la temperatura estable de la batería, sino también crucial para extender la duración de la batería y garantizar un funcionamiento seguro del sistema.
