Placa de enfriamiento líquido del paquete de batería

La placa de refrigeración líquida del paquete de baterías es un componente central para la gestión térmica de baterías en vehículos de nueva energía, sistemas de almacenamiento de energía y otras industrias. Logra una igualación de temperatura eficiente del paquete de batería a través de un sustrato metálico de alta conductividad térmica y una estructura de canal de flujo de microcanal. Sus tecnologías principales incluyen diseño de enfriamiento de doble cara (área de contacto ≥ 80%), optimización de resistencia al flujo de microcanal (caída de presión ≤ 50kPa), material compuesto de cambio de fase (capacidad de calor aumentada en un 30%), etc., adaptado a las necesidades de disipación de calor de baterías de alta densidad energética (como NCM811, LFP) en escenarios de carga rápida (≥ 3C) y descarga de alta potencia (≥ 200kW), asegurando que la diferencia de temperatura del paquete de baterías es ≤ 5 ℃ y la vida útil se prolonga en un 20%.

2, Características básicas

1. Control eficiente de la conducción del calor y la temperatura

Conductividad térmica:

Datos: El sustrato está hecho de aleación de aluminio 6061-T6 (conductividad térmica 167 W / m · K) o estructura compuesta de aluminio de cobre (espesor de capa de cobre 1,5 mm, conductividad térmica 398 W / m · K), que es 74% -315% superior al aluminio fundido a presión tradicional (96 W / m · K).

Caso: Ningde Era CTP 3.0 placa de refrigeración líquida adopta el sustrato compuesto de cobre y aluminio, y la resistencia térmica de contacto se reduce a 0,005 ℃ · en ² / W, que se empareja con el gel nanoconductor térmico (resistencia térmica 0,003 ℃ · en ² / W) para lograr la resistencia térmica entre el módulo de la batería y la placa de refrigeración líquida ≤ 0,01 ℃ · en ² / W.

Rendimiento de uniformidad de temperatura:

Datos: Mediante el uso de canales de entrada y salida dobles (ancho de canal 0,8-1,2 mm, profundidad 1,5-2 mm) y deflectores ondulados (altura de onda 3 mm, distancia de onda 5 mm), la diferencia de temperatura del paquete de batería se controla dentro de ± 2 ℃ (a velocidad de descarga de 2C), que es un 60% menor que el esquema de canal de entrada y salida única.

Prueba: Cuando el refrigerante 3M (FC-72, capacidad térmica específica 1,2 kJ / kg · K) se circula a una velocidad de flujo de 1,5 m / s, el coeficiente de transferencia de calor convectiva alcanza 8000-12000 W / m2 · K, y la temperatura superficial más alta de la batería se reduce en 25 ℃ en comparación con el enfriamiento natural.

2. Resistencia ligera y estructural

Optimización de la densidad:

Datos: La densidad de la placa refrigerada por líquido de aleación de aluminio es de 2,7 g/cm³, lo que es un 69,7% más ligero que la de la placa refrigerada por líquido de cobre (8,9 g/cm³). Tomando la placa enfriada por líquido Tesla Model 3 como ejemplo, el peso de una sola pieza se ha reducido de 8,5 kg en la solución de cobre a 2,6 kg, lo que da como resultado una reducción de peso de más de 50 kg y un aumento del 3-5% en el rango.

Material compuesto: Utilizando un sustrato de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) (conductividad térmica de 5 W/m · K, densidad de 1,5 g/cm³) y un compuesto de canal de flujo metálico, el peso se reduce aún más en un 40%, adecuado para escenarios ultraligeros como paquetes de baterías de drones.

Propiedades mecánicas:

Datos: Resistencia de rendimiento ≥ 240MPa (estado T6), resistencia al impacto (muesca Charpy V) ≥ 25J / cm ², pasando pruebas de impacto frío y caliente (1000 ciclos) de -40 ℃ a 120 ℃ sin grietas, adecuada para condiciones de trabajo duras de aceleración de vibración del paquete de batería 15g (continua durante 10 horas).

Sellado: Se utiliza el canal de flujo de soldadura láser (resistencia de soldadura ≥ 80% de la resistencia del sustrato), el detector de fugas del espectrómetro de masas de helio detecta la tasa de fugas ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Pa·m³/s, reduciendo el riesgo de fuga de refrigerante en un 99%.

3. Resistencia a la corrosión y fiabilidad

Tratamiento de superficie:

Datos: La superficie del sustrato se recubre con recubrimiento de níquel-fósforo (espesor 5-10 μm) o recubrimiento de nanocerámica (dureza HV 800-1000), y la prueba de pulverización de sal (ASTM B117) no muestra corrosión después de 2000 horas, lo que es 6,7 veces más resistente a la corrosión que la pintura ordinaria (300 horas).

Caso: La placa de refrigeración líquida BYD Han EV adopta un recubrimiento de níquel y fósforo y un tratamiento de sellado de silicio orgánico, que es adecuado para entornos extremos como la alta humedad en Hainan y la tierra alcalina salina en el norte. El costo de mantenimiento se reduce en un 70% durante la vida útil de 10 años.

Resistencia a la helada:

Datos: El diseño del canal de flujo reserva un espacio de expansión del 5%, combinado con refrigerante a base de etilenglicol (punto de congelación -40 ℃), y ha pasado las pruebas de ciclo de temperatura (500 ciclos) de -50 ℃ a 120 ℃ sin deformación. En comparación con los sistemas de enfriamiento por agua pura, la resistencia a las heladas se incrementa en 20 veces.

Diseño antiobstrucción: Se instala una pantalla de filtro de acero inoxidable de malla 200 en la entrada del canal de flujo, combinada con un dispositivo de filtración en línea de líquido de refrigeración (precisión de filtración de 10 μm), con una tasa de eliminación de impurezas de ≥ 99%, para evitar el bloqueo de microcanales.

4. Eficacia en función de los costos y capacidad de producción en masa

Costo de fabricación:

Datos: El costo de una sola placa enfriada por líquido de aleación de aluminio es de $ 15-25 (tamaño de lote de más de 100.000 piezas), lo que es un 60% menor que la solución de cobre y un 40% menor que el proceso de estampado + soldadura. El ciclo de desarrollo del molde es de 20-30 días, con una capacidad de producción de 5000 piezas por día (8 horas), adecuada para la producción a gran escala.

Comparación del proceso: La soldadura por agitación por fricción (FSW) reemplaza la soldadura tradicional, aumentando la eficiencia de la soldadura en tres veces, reduciendo el consumo de energía en un 50% y aumentando la resistencia de la soldadura en un 40%. Es adecuado para estructuras de canal complejas.

Flexibilidad de personalización:

Datos: Soporta diseño personalizado con ancho de canal de 0,5-2mm y profundidad de 1-3mm, con un factor de complejidad de ≤ 8 (circunferencia ² / área). Puede lograr el canal de gradiente (ancho de entrada 1.2mm → salida 0,8 mm), canal curvado 3D y otras estructuras irregulares, adaptando a diferentes diseños de módulos de batería.

Escenarios y soluciones típicas de aplicación

1. Batería de potencia de vehículo de nueva energía

Vehículo eléctrico puro (BEV):

Estructura: placa de refrigeración líquida de microcanal de doble capa (separación de canal de 1,5 mm, profundidad de 2 mm), integrada con orificios de instalación de válvulas a prueba de explosión, ranuras de fijación del módulo de batería y capa de aislamiento (grosor de 0,1 mm).

Rendimiento: Adecuado para la plataforma de alta tensión de 800V, con una diferencia de temperatura del paquete de batería de ≤ 3 ℃ y una resistencia térmica de 0,02 ℃ / W durante la carga rápida (≥ 3C), cumpliendo con el requisito de una vida útil de 10 años / 1,2 millones de kilómetros.

Vehículo eléctrico híbrido (HEV):

Estructura: placa enfriada por líquido compuesta de cobre y aluminio (capa de cobre 1mm + capa de aluminio 5mm), blindaje electromagnético chapado de níquel de superficie, capa absorbente de calor de material de cambio de fase incorporado (PCM) (punto de fusión 45 ℃).

Caso: placa enfriada por líquido del paquete de baterías Toyota Prius, temperatura de unión IGBT ≤ 120 ℃ a potencia máxima de 150 kW, reducida en 20 ℃ en comparación con la solución de aluminio puro y el riesgo de fuga térmica reducido en un 80%.