Piastra di raffreddamento liquido della batteria

La piastra di raffreddamento liquido Battery Pack è un componente fondamentale per la gestione termica delle batterie in veicoli a nuova energia, sistemi di stoccaggio di energia e altri settori industriali. Ottiene un'efficiente equalizzazione della temperatura della batteria attraverso un substrato metallico ad alta conduttività termica e una struttura di canale di flusso a microcanale. Le sue tecnologie principali includono la progettazione di raffreddamento a doppio lato (area di contatto ≥ 80%), ottimizzazione della resistenza al flusso dei microcanali (caduta di pressione ≤ 50kPa), materiale composito di cambiamento di fase (capacità termica aumentata del 30%), ecc., adattato alle esigenze di dissipazione del calore delle batterie ad alta densità energetica (come NCM811, LFP) in scenari di ricarica rapida (≥ 3C) e scarico ad alta potenza (≥ 200kW), garantendo che la differenza di temperatura del pacchetto di batterie sia ≤ 5 ℃ e la durata di vita sia prolungata del 20%.

2 Caratteristiche principali

1. Conduzione del calore efficiente e controllo della temperatura

Conduttività termica:

Dati: Il substrato è realizzato in lega di alluminio 6061-T6 (conduttività termica 167 W / m · K) o struttura composita di alluminio in rame (spessore dello strato di rame 1,5 mm, conduttività termica 398 W / m · K), che è superiore del 74% -315% rispetto al tradizionale alluminio pressofuso (96 W / m · K).

La piastra di raffreddamento liquido di Ningde Era CTP 3.0 adotta un substrato composito di rame e alluminio e la resistenza termica a contatto è ridotta a 0,005 ℃ · in ² / W, che è abbinata al nano gel conduttivo termico (resistenza termica 0,003 ℃ · in ² / W) per raggiungere la resistenza termica tra il modulo della batteria e la piastra di raffreddamento liquido ≤ 0,01 ℃ · in ² / W.

Prestazioni di uniformità della temperatura:

Dati: Utilizzando canali doppio ingresso e doppio uscita (larghezza canale 0,8-1,2 mm, profondità 1,5-2 mm) e deflettori ondulati (altezza onda 3 mm, distanza onda 5 mm), la differenza di temperatura della batteria è controllata entro ± 2 ℃ (a velocità di scarica 2 C), che è inferiore del 60% rispetto allo schema di canale singolo ingresso e singolo uscito.

Test: Quando il refrigerante 3M (FC-72, capacità termica specifica 1,2 kJ / kg · K) viene circolato ad un flusso di 1,5 m / s, il coefficiente di trasferimento di calore convettivo raggiunge 8000-12000 W / m ² · K e la temperatura superficiale più alta della batteria viene ridotta di 25 ℃ rispetto al raffreddamento naturale.

2. resistenza leggera e strutturale

Ottimizzazione della densità:

Dati: La densità della piastra raffreddata a liquido in lega di alluminio è di 2,7 g/cm ³, che è del 69,7% più leggera di quella della piastra raffreddata a liquido in rame (8,9 g/cm ³). Prendendo come esempio la piastra raffreddata a liquido Tesla Model 3, il peso di un singolo pezzo è stato ridotto da 8,5 kg nella soluzione di rame a 2,6 kg, con conseguente una riduzione del peso di oltre 50 kg e un aumento del 3-5% della gamma.

Materiale composito: Utilizzando substrato in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) (conduttività termica di 5 W/m·K, densità di 1,5 g/cm ³) e composito a canale di flusso metallico, il peso è ulteriormente ridotto del 40%, adatto per scenari ultraleggeri come i pacchetti di batterie per droni.

Proprietà meccaniche:

Dati: resistenza a rendimento ≥ 240MPa (stato T6), resistenza agli impatti (Charpy V-notch) ≥ 25J / cm ², passando le prove di impatto freddo e caldo (1000 cicli) da -40 ℃ a 120 ℃ senza crepe, adatto per condizioni di lavoro difficili di accelerazione delle vibrazioni della batteria 15g (continua per 10 ore).

Sigillatura: viene utilizzato il canale di flusso di saldatura laser (resistenza della saldatura ≥ 80% della resistenza del substrato), il rilevatore di perdite dello spettrometro di massa di elio rileva il tasso di perdita ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Pa · m³/s, riducendo il rischio di perdita di refrigerante del 99%.

3. resistenza alla corrosione e affidabilità

Trattamento superficiale:

Dati: La superficie del substrato è rivestita con rivestimento di nichel-fosforo (spessore 5-10 μm) o rivestimento di nanoceramica (durezza HV 800-1000), e la prova di spruzzo di sale (ASTM B117) non mostra alcuna corrosione dopo 2000 ore, che è 6,7 volte più resistente alla corrosione della vernice ordinaria (300 ore).

Caso: La piastra di raffreddamento liquido BYD Han EV adotta un rivestimento di nichel-fosforo e un trattamento di tenuta al silicio organico, adatto per ambienti estremi come l'alta umidità a Hainan e la terra alcalina salina nel nord. I costi di manutenzione sono ridotti del 70% durante la vita di 10 anni.

Resistenza al gelo:

Dati: La progettazione del canale di flusso riserva lo spazio di espansione del 5%, combinato con refrigerante a base di etilenglicolo (punto di congelamento -40 ℃), e ha superato le prove di ciclo di temperatura (500 cicli) da -50 ℃ a 120 ℃ senza deformazione. Rispetto ai sistemi di raffreddamento ad acqua pura, la resistenza al gelo è aumentata di 20 volte.

Progettazione anti-intasamento: un filtro in acciaio inossidabile a maglia 200 è installato all'ingresso del canale di flusso, combinato con un dispositivo di filtrazione online del liquido di raffreddamento (precisione di filtrazione di 10 μm), con un tasso di rimozione delle impurità ≥ 99%, per evitare il blocco dei microcanali.

4. Efficienza dei costi e capacità di produzione di massa

Costo di fabbricazione:

Dati: Il costo di una singola piastra raffreddata a liquido in lega di alluminio è di $ 15-25 (dimensione del lotto di oltre 100.000 pezzi), che è del 60% inferiore alla soluzione di rame e del 40% inferiore al processo di stampatura + saldatura. Il ciclo di sviluppo dello stampo è di 20-30 giorni, con una capacità di produzione di 5000 pezzi al giorno (8 ore), adatto per la produzione su larga scala.

Confronto del processo: Friction Stir Welding (FSW) sostituisce la saldatura tradizionale, aumentando l'efficienza della saldatura di tre volte, riducendo il consumo energetico del 50% e aumentando la resistenza della saldatura del 40%. È adatto per strutture di canale complesse.

Flessibilità di personalizzazione:

Dati: Supporta la progettazione personalizzata con larghezza di canale di 0,5-2mm e profondità di 1-3mm, con un fattore di complessità di ≤ 8 (circonferenza ² / area). Può raggiungere il canale di gradiente (larghezza di ingresso 1.2mm → uscita 0,8 mm), canale curvo 3D e altre strutture irregolari, adattandosi a diversi layout del modulo della batteria.

3,Scenari tipici di applicazione e soluzioni

1. Batteria di alimentazione del veicolo di nuova energia

Veicolo elettrico (BEV):

Struttura: Piastra di raffreddamento liquido a microcanale a doppio strato (distanza del canale di 1,5 mm, profondità di 2 mm), integrata con fori di installazione della valvola a prova di esplosione, slot di fissaggio del modulo della batteria e strato isolante (spessore di 0,1 mm).

Prestazioni: Adatto per piattaforma ad alta tensione 800V, con una differenza di temperatura della batteria di ≤ 3 ℃ e una resistenza termica di 0,02 ℃ / W durante la ricarica rapida (≥ 3C), soddisfacendo il requisito di una durata di vita di 10 anni / 1,2 milioni di chilometri.

Veicoli elettrici ibridi (HEV):

Struttura: Piastra raffreddata a liquido composita in rame alluminio (strato di rame 1mm + strato di alluminio 5mm), schermatura elettromagnetica nichelata della superficie, strato assorbente del calore del materiale di cambio di fase (PCM) integrato (punto di fusione 45 ℃).

Cassa: Piastra raffreddata a liquido della batteria Toyota Prius, temperatura di giunzione IGBT ≤ 120 ℃ alla potenza massima di 150 kW, ridotta di 20 ℃ rispetto alla soluzione di alluminio puro e rischio di fuga termica ridotto dell'80%.