Пластина жидкого охлаждения батареи

Пластина жидкого охлаждения батареи является основным компонентом для теплового управления батареями в транспортных средствах с новой энергией, системах хранения энергии и других отраслях промышленности. Он достигает эффективного выравнивания температуры аккумулятора через высокотеплопроводную металлическую подложку и микроканальную структуру канала потока. Основные технологии включают двустороннюю конструкцию охлаждения (площадь контакта ≥ 80%), оптимизацию сопротивления потока микроканала (падение давления ≤ 50 кПа

2. Основные особенности

1. Эффективное теплопроводство и контроль температуры

Теплопроводность:

Данные: Подложка изготовлена из алюминиевого сплава 6061-T6 (теплопроводность 167 Вт / м · К) или медной алюминиевой композитной структуры (толщина медного слоя 1,5 мм, теплопроводность 398 Вт / м · К), которая на 74% -315% выше, чем традиционный литый алюминий (96 Вт / м · К).

Случай: пластина жидкого охлаждения Ningde Era CTP 3.0 принимает медную алюминиевую композитную подложку, и тепловое сопротивление контакта уменьшается до 0,005 ℃ · в ² / Вт, которое сопоставляется с нано теплопроводящим гелем (тепловое сопротивление 0,003 ℃ · в ² / Вт), чтобы достичь теплового сопротивления между модулем батареи и пластиной жидкого охлаждения ≤ 0,01 ℃ · в ² / Вт.

Производительность равномерности температуры:

Данные: Используя двойные входные и двойные выходные каналы (ширина канала 0,8-1,2 мм, глубина 1,5-2 мм) и волновитые дефлекторы (высота волны 3 мм, расстояние волны 5 мм), разница температуры аккумулятора контролируется в пределах ± 2 ℃ (при скорости разряда 2 С), что на 60% ниже, чем схема одного входного и одного выходного канала.

Испытание: Когда охлаждающая жидкость 3M (FC-72, специфическая тепловая мощность 1,2 кДж / кг · К) циркулирует со скоростью 1,5 м / с, коэффициент конвективной теплопередачи достигает 8000-12000 Вт / м² · К, а самая высокая температура поверхности батареи снижается на 25 ℃ по сравнению с естественным охлаждением.

2. Легкий вес и конструктивная прочность

Оптимизация плотности:

Данные: Плотность жидкостью охлаждаемой пластины из алюминиевого сплава составляет 2,7 г/см3, что на 69,7% легче, чем медная жидкостью охлаждаемая пластина (8,9 г/см3). Возьмя в качестве примера пластину с жидким охлаждением Tesla Model 3, вес одного куска был снижен с 8,5 кг в медном растворе до 2,6 кг, что привело к снижению веса более чем на 50 кг и увеличению диапазона на 3-5%.

Композитный материал: Используя полимерную подложку, усиленную углеродным волоконом (CFRP) (теплопроводность 5 Вт/м · К, плотность 1,5 г/см ³) и композит канала потока металла, вес еще больше снижается на 40%, подходящий для ультралегких сценариев, таких как аккумуляторные батареи дронов.

Механические свойства:

Данные: прочность производства ≥ 240MPa (состояние T6), ударное сопротивление (Charpy V-notch) ≥ 25J/cm ², проходящие холодные и горячие ударные испытания (1000 циклов) от -40 ℃ до 120 ℃ без трещин, подходящие для суровых рабочих условий ускорения вибрации батареи 15 г (непрерывно в течение 10 часов).

Уплотнение: используется канал потока лазерной сварки (прочность сварки ≥ 80% прочности подложки), детектор утечки гелиевого массоспектрометра обнаруживает скорость утечки ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Па·м ³/с, снижение риска утечки охлаждающей жидкости на 99%.

3. Коррозионная стойкость и надежность

Поверхностная обработка:

Данные: Поверхность подложки покрыта никелевым фосфоровым покрытием (толщина 5-10 мкм) или нанокерамическим покрытием (твердость HV 800-1000), а испытание соляного распыления (ASTM B117) не показывает коррозии после 2000 часов, что в 6,7 раза более устойчиво к коррозии, чем обычная краска (300 часов).

Случай: жидкостная охлаждающая пластина BYD Han EV использует никель-фосфорное покрытие и органическую кремниевую герметическую обработку, которая подходит для экстремальных условий, таких как высокая влажность в Хайнане и солёные щелочные земли на севере. Расходы на обслуживание снижаются на 70% в течение 10-летнего срока службы.

Морозостойкость:

Данные: конструкция канала потока резервирует 5% пространства для расширения, в сочетании с охлаждающей жидкостью на основе этиленгликоля (точка замораживания -40 ℃), и прошла испытания цикла температуры (500 циклов) от -50 ℃ до 120 ℃ без деформации. По сравнению с системами чистого водного охлаждения стойкость к морозу увеличивается в 20 раз.

Противозаборная конструкция: Фильтрный экран из нержавеющей стали 200 сеток установлен на входе канала потока в сочетании с устройством фильтрации охлаждающей жидкости в режиме онлайн (точность фильтрации 10 мкм), со скоростью удаления примесей ≥ 99%, чтобы избежать блокировки микроканала.

4. Эффективность затрат и потенциал массового производства

Стоимость производства:

Данные: Стоимость одной пластины с жидким охлаждением из алюминиевого сплава составляет 15-25 долларов США (размер партии более 100 000 штук), что на 60% ниже, чем раствор меди, и на 40% ниже, чем процесс штампования + пайки. Цикл разработки формы составляет 20-30 дней, с производственной мощностью 5000 штук в день (8 часов), подходящей для крупномасштабного производства.

Сравнение процессов: сварка с трением (FSW) заменяет традиционную пайку, увеличивая эффективность сварки в три раза, снижая потребление энергии на 50% и увеличивая прочность сварки на 40%. Подходит для сложных канальных структур.

Гибкость настройки:

Данные: Поддерживает индивидуальную конструкцию с шириной канала 0,5-2 мм и глубиной 1-3 мм, с коэффициентом сложности ≤ 8 (окружность ² / площадь). Он может достичь канала градиента (ширина входа 1,2 мм → выход 0,8 мм), 3D изогнутый канал и другие нерегулярные структуры, адаптирующиеся к различным макетам модуля батареи.

3,Типичные сценарии применения и решения

1. Новая энергетическая батарея для транспортного средства

Чистое электрическое транспортное средство (BEV):

Структура: двухслойная микроканальная пластина жидкого охлаждения (расстояние канала 1,5 мм, глубина 2 мм), интегрированная с отверстиями для установки взрывоопасного клапана, слотами для фиксации модуля батареи и изоляционным слоем (толщина 0,1 мм).

Производительность: Подходит для платформы высокого напряжения 800В, с разницей температуры батареи ≤ 3 ℃ и тепловым сопротивлением 0,02 ℃ / Вт во время быстрой зарядки (≥ 3С), удовлетворяя требованию срока службы 10 лет / 1,2 миллиона километров.

Гибридные электромобили (HEV):

Структура: медная алюминиевая композитная жидкостью охлаждаемая пластина (медный слой 1 мм + алюминиевый слой 5 мм), поверхностная никелированная электромагнитная экранизация, встроенный материал смены фазы (PCM) теплопоглощающий слой (точка плавления 45 ℃).

Случай: жидкостью охлаждаемая пластина аккумулятора Toyota Prius, температура соединения IGBT ≤ 120 ℃ при пиковой мощности 150 кВт, уменьшена на 20 ℃ по сравнению с чистым алюминиевым раствором, и риск теплового утечки уменьшен на 80%.