Breve introducción de la aplicación de la placa de refrigeración líquida en el sistema de batería de potencia

Con el requisito de que el automóvil de pasajeros IP67 se vuelva necesario, la gama de métodos de enfriamiento disponibles para el sistema de batería de potencia se reduce drásticamente. Entre los métodos de enfriamiento más maduros, el enfriamiento por aire se ha excluido básicamente de la aplicación de paquetes de baterías de automóviles de pasajeros además del método de usar otros medios de transferencia de calor. Junto con el efecto de demostración de Tesla, el enfriamiento por agua ya no es un tema previo a la investigación y se ha convertido en el foco de comercialización lo antes posible.

Este documento trata principalmente de un punto en el sistema de refrigeración líquida de la batería líquida, la placa de refrigeración líquida, el conocimiento básico de la primera mitad de la placa refrigerada por líquido, la segunda mitad del modelo típico actual de la aplicación de la placa refrigerada por líquido.

Placa refrigerada por líquido, parece que no hay una definición uniforme. Solo definimos la aplicación de la placa refrigerada por líquido del paquete de baterías de potencia. Vamos a definirlo por el momento: en el sistema de batería de potencia, la batería trabaja para generar un exceso de calor y el calor pasa a través de la batería. O el módulo se transfiere en contacto con la superficie del dispositivo de aluminio tipo placa y finalmente es arrastrado por el refrigerante que pasa a través de la ruta de flujo interna del dispositivo. Este dispositivo de aluminio tipo placa es una placa fría líquida.

Requisitos generales para paneles refrigerados por líquido

La potencia de disipación de calor es grande y el exceso de calor generado durante el proceso de trabajo de la batería de potencia se puede derivar a tiempo para evitar un aumento excesivo de temperatura;

Alta confiabilidad, trabajo en entornos de vehículos de carretera, vibraciones, golpes, entornos alternos de alta y baja temperatura, la mayoría de los productos son condiciones de trabajo duras y el voltaje de la batería de energía es de cientos de voltios, la fuga de refrigerante es un problema grave, incluso si usa Refrigerante con buen rendimiento de aislamiento, pero el rendimiento de aislamiento se reducirá inmediatamente después de encontrarse con impurezas externas. Por lo tanto, la confiabilidad del sellado de la placa fría es muy importante;

El diseño de disipación de calor es preciso, evitando una diferencia de temperatura excesiva en el sistema. Esto se debe a los requisitos de rendimiento de la batería de litio. El rendimiento y el envejecimiento de la batería están estrechamente relacionados con la temperatura de trabajo.

Existen requisitos estrictos sobre el peso de la placa fría. Esto se debe a la búsqueda de densidad de energía en el sistema de batería de potencia y al sistema de enfriamiento que degrada seriamente la densidad de energía del sistema, lo cual es inaceptable tanto para los clientes como para los diseñadores.

El sistema de enfriamiento por líquido utiliza las características del coeficiente de transferencia de calor de flujo de líquido grande y se basa en el flujo de líquido para transferir calor alto. Es uno de los métodos de disipación de calor más efectivos en la actualidad y puede disipar cientos de vatios en kilovatios de calor. La placa de refrigeración líquida de la tubería estándar del fabricante se coloca directamente en contacto con la placa inferior del equipo a enfriar colocando una tubería de refrigerante, que puede reducir el número de interfaces de intercambio de calor entre el equipo y el refrigerante, manteniendo así la mínima resistencia térmica. y mejora del rendimiento.

El fabricante divide el tipo de placa refrigerada por líquido según el tipo de placa refrigerada por líquido. Los principales son: placa de agua soldada al vacío, placa fría FSW, placa fría de tubo expuesto y varios métodos de refrigeración líquida como aluminio / placa de cobre LongHoleDrilled. Sus respectivas ventajas y desventajas se pueden encontrar en la siguiente tabla.

Parámetros típicos:

Ejemplo de producto de placa fría líquida de un fabricante

Esta vivienda se divide en tres tipologías según las características más destacadas del producto.

Tipo 1, enfatizando la disipación de calor, el uso de una estructura de aletas en la trayectoria del fluido aumenta el área de contacto con el refrigerante, mejorando así el rendimiento de transferencia de calor. El producto tiene una construcción soldada al vacío y está disponible en una configuración personalizada.

El tipo 2 enfatiza la baja caída de presión. La placa refrigerada por líquido utiliza una trayectoria de micro-flujo de fresado CNC especialmente diseñada para formar un paso de fluido en la placa inferior. En condiciones de baja caída de presión, tiene una excelente disipación de calor, lo que reduce el costo del sistema de circulación de fluidos.

El tipo 3 enfatiza la forma estructural en la que está incrustada la tubería. La tubería está incrustada en la placa inferior para formar una placa fría con fuertes propiedades mecánicas. La placa fría de líquido de extensión de superficie utiliza un tubo más grueso y más denso para aumentar el área, expandiendo así el área de superficie en contacto con el refrigerante, mejorando así el rendimiento de transferencia de calor.

Un ejemplo de un producto de placa fría tipo B

Este producto es más liviano pero no puede soportar su peso.

Proceso típico de placa fría líquida

El proceso de producción de placa fría líquida es más complicado que el disipador de calor general enfriado por aire. La disipación de calor de refrigeración líquida tiene altos requisitos en la confiabilidad del proceso, por lo que los fabricantes con fuertes precipitaciones técnicas pueden brindar un soporte técnico confiable. La tecnología de producción de placa fría líquida general tiene las siguientes técnicas.

Proceso de tubo enterrado

El proceso de tubería enterrada es el proceso de fabricación de placas de radiador refrigerado por líquido más utilizado. Generalmente, el sustrato de aluminio se entierra en un tubo de cobre, es decir, el sustrato de aluminio se mecaniza mediante un CNC y luego se dobla el tubo de cobre perforado. Se presiona sobre un sustrato de aluminio, se suelda y luego se procesa en una placa enfriada por agua.

La placa de refrigeración líquida de tipo tubo enterrado generalmente tiene tres formas: una es una placa fría líquida enterrada poco profunda; el otro es una placa fría líquida profundamente enterrada; el tercero es un proceso de tubería soldada; y el cuarto es una placa fría de líquido de proceso de pellizco de doble cara. Las tres formas de artesanía no son muy diferentes y la dificultad de procesamiento es la misma. Algunos de los principios de refrigeración líquida originales diseñados para dispositivos de conmutación de alta potencia también se pueden utilizar como referencia en los sistemas de refrigeración de baterías de potencia.

Proceso de tubo poco profundo: es adecuado para la instalación por un solo lado. Una vez que el tubo de cobre se aplana y la placa de aluminio se muele al mismo tiempo, es beneficioso que la alta conductividad térmica del tubo de cobre elimine el calor. El uso de aluminio liviano juega el papel de reducción de peso y control de costos.

Proceso de tubería profundamente enterrada: el relleno está hecho de resina epoxi de alta conductividad térmica importada de los Estados Unidos. Cuando la diferencia de temperatura del dispositivo de enfriamiento no es alta, se puede instalar en ambos lados, porque el grosor de la tubería de cobre no se procesa dos veces, y la protección de relleno puede proporcionar aplicación, seguridad, especialmente adecuada para placas frías con refrigerante como medio.

Proceso de tubería soldada: adecuado para placa de cobre + tubería de cobre, para reducir el grosor de la placa para reducir el peso.

Proceso de pellizco de doble cara: dispositivo de montaje de dos caras, proceso simple y bajo costo; placa de aluminio + tubo de aluminio y tubo de cobre y tubo de acero inoxidable.

Perfil + soldadura

Disipadores de calor refrigerados por líquido procesados sobre la base de perfiles. Estos disipadores de calor tienen más forma y más tipos, como tipo de placa, tipo de canal y tipo combinado. El principio de producción general se basa en perfiles. El procesamiento y la soldadura, el perfil y la tubería de unión se combinan en un radiador de refrigeración líquida completo.

La ruta de flujo de la placa fría se forma directamente mediante el proceso de extrusión, y luego el ciclo se abre mediante el método de mecanizado, y el proceso de soldadura generalmente se realiza mediante soldadura por fricción, soldadura fuerte, etc., el proceso tiene una alta eficiencia de producción y bajo costo ; y no es adecuado para una densidad de disipación de calor excesiva. La aplicación no es adecuada para aplicaciones donde la superficie tiene demasiados orificios para tornillos para limitar el curso del agua o reducir la confiabilidad. Se utiliza principalmente en: disipador de calor de refrigeración por agua de batería de potencia, separador de agua y productos de disipador de calor integrado de módulo de potencia estándar

Mecanizado + soldadura

La placa enfriada por agua adopta el modo de máquina agregada, y el tamaño y la ruta del canal de flujo interno se pueden diseñar libremente. Es adecuado para productos de gestión térmica con gran densidad de potencia, distribución irregular de la fuente de calor y espacio limitado. Se utiliza principalmente en: convertidores de energía eólica, inversores fotovoltaicos. El diseño de productos de disipación de calor en los campos de IGBT, IGBT, controladores de motor, láseres, fuentes de alimentación de almacenamiento de energía y supercomputadoras se utiliza menos en los sistemas de baterías de potencia.

El disipador de calor de microcanal es también un disipador de calor fabricado combinando procesos de mecanizado y soldadura. Es más complicado de fabricar que otros disipadores de calor. Los disipadores de calor de microcanal se utilizan generalmente en máquinas con gran disipación de calor y disipación de calor concentrada. El camino del canal se debe a que el canal de agua es más ancho y uniforme, y puede quitar rápidamente el calor concentrado.

Sin embargo, el proceso de fabricación del disipador de calor refrigerado por líquido de microcanales también es relativamente complicado, generalmente utiliza un microcanal mecanizado y luego utiliza un proceso de soldadura por fricción para soldar, y el costo de fabricación también es alto.

Fundición a presión + soldadura

El proceso de fundición a presión es un método de formación muy maduro y ampliamente utilizado. Con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía, se ha convertido en la primera opción para la producción en masa de controladores de motor, bandejas de baterías de potencia y cajas de disipación de calor, pero es necesario controlar las impurezas de fundición a presión en el proceso. Problemas como los estomas, el uso conservador del método de anillo de sellado o la soldadura por fricción deben mejorar la confiabilidad del proceso para evitar fugas de agua.

Fundición a presión y re-soldadura, buen control del proceso, proceso estable y capacidad de entrega por lotes. Además del proceso de soldadura por fricción, algunas placas enfriadas por agua también se sueldan o se sueldan al vacío.

Este tipo de placa refrigerada por agua se puede considerar junto con la caja de fundición a presión con batería. La placa refrigerada por agua de la capa inferior AudiQ7PHEV es un uso de este tipo. En el Salón del Automóvil de Beijing hace dos días, se pudo ver la exhibición de muestra moldeada.

Modelo típico de placa refrigerada por agua

En el sistema de batería de potencia, hay muchas formas de eliminar el calor de la superficie de la batería. Solo en el ámbito de acción, se puede dividir en una placa refrigerada por agua a nivel de batería integrada dentro del módulo y un diseño refrigerado por agua a nivel de módulo fuera del módulo. Junta. A continuación se muestran varias imágenes del número público de "Tecnología de gestión térmica de baterías de energía" para ilustrar la aplicación de paneles refrigerados por agua en casos reales.

Placa refrigerada por agua a nivel de módulo

En conjunto, la placa refrigerada por agua actúa sobre uno o más módulos de batería. Como componente de todo el paquete de baterías, en lugar de los componentes del módulo de batería, lo colocamos debajo de la cabeza de la placa refrigerada por agua a nivel del módulo.

Paquete de baterías AudiQ7PHEV

Paquete de baterías Mercedes-Benz SmartGen3

ChevroletBolt2017 batería

ChevroletBolt2017 líquido placa fría física

Sistema de refrigeración líquida BMW i3

BMW i3 líquido placa fría física

Paquete de baterías y placa fría para BMWi8

Placa refrigerada por agua a nivel de batería

Una placa enfriada por agua o una hoja de hoja dieléctrica con buena conductividad térmica se intercala entre las celdas para formar parte del módulo para una mejor disipación del calor. Este tipo de material se coloca debajo de la cabeza de la placa refrigerada por agua dentro del módulo.

Diagrama de explosión del módulo del paquete de baterías VolvoXC90T8

Estructura del módulo GMVolt

Estructura de refrigeración GMVolt

Módulo Tesla ModelS

Descripción de la patente de la placa refrigerada por agua de la batería cilíndrica Tesla

Al observar el caso de la aplicación, podemos ver que el sistema de refrigeración líquida de la batería cuadrada utiliza principalmente la placa de refrigeración por agua a nivel del módulo, y generalmente se coloca en la parte inferior de la caja de la batería; La refrigeración líquida de la batería de paquete blando tiene la forma de una pequeña placa de refrigeración por agua integrada dentro del módulo. También hay una placa de aluminio integrada en el módulo, y una placa refrigerada por líquido a nivel de módulo está dispuesta fuera del módulo; la batería cilíndrica, el tubo serpentino encabezado por Tesla es el principal radiador de refrigeración líquida.

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