El paquete de baterías es un componente clave de los vehículos de nueva energía, los armarios de almacenamiento de energía y los contenedores. Es una fuente de energía a través de la envoltura de la carcasa, que proporciona energía a los vehículos eléctricos y proporciona capacidad de consumo a los armarios de almacenamiento de energía y los contenedores. En combinación con las necesidades de ingeniería reales, este artículo resume los puntos clave del diseño de perfiles para paquetes de baterías mediante el análisis de los requisitos de resistencia mecánica, seguridad, gestión térmica y peso ligero de los paquetes de baterías.

1-Requisitos de diseño de la carcasa del paquete de baterías

l Resistencia mecánica, resistencia a la vibración y resistencia al impacto. Después de la prueba, no debe haber daños mecánicos, deformaciones ni aflojamiento de la fijación, y el mecanismo de bloqueo no debe estar dañado.

l Sellado: El sellado del paquete de baterías afecta directamente la seguridad de funcionamiento del sistema de baterías. Por lo general, se requiere alcanzar el nivel de protección IP67 para garantizar que el paquete de baterías esté sellado y sea impermeable.

l El diseño de la carcasa del paquete de baterías debe tener en cuenta el rendimiento de la gestión térmica y garantizar que la batería funcione dentro de un rango apropiado a través de un diseño de gestión térmica apropiado.

l Para su instalación y fijación, la carcasa debe tener espacio para la placa de identificación y las señales de seguridad, y reservar suficiente espacio y una base fija para la instalación de líneas de adquisición, varios elementos sensores, etc.

l Todos los conectores, terminales y contactos eléctricos con aislamiento básico no polar deben cumplir los requisitos de nivel de protección correspondientes cuando se combinan.

l Aligeramiento: el aligeramiento de la carcasa es de gran importancia para mejorar la densidad energética del paquete de baterías. La aleación de aluminio es liviana y de alta calidad, lo que la convierte en la opción más viable en la actualidad. El nivel de aligeramiento se puede mejorar mediante un diseño extremo apropiado en combinación con aplicaciones reales.

l Durabilidad: La vida útil de la carcasa del paquete de baterías no debe ser inferior a la vida útil del producto en general. No debe producirse ninguna deformación plástica evidente durante el ciclo de uso. No debe reducirse el nivel de protección ni el rendimiento del aislamiento. La estructura debe ser fácil de mantener, incluida la disposición de las placas de identificación y las señales de seguridad, y la protección de los conectores.

Figura 1. Carcasa típica de paquete de batería soldada de aleación de aluminio

2-Solución típica de carcasa de batería de aleación de aluminio

Los materiales de aleación de aluminio que se utilizan comúnmente para las carcasas de los paquetes de baterías incluyen 6061-T6, 6005A-T6 y 6063-T6, etc. Estos materiales tienen diferentes límites de elasticidad y resistencia a la tracción para cumplir con diferentes requisitos estructurales. La resistencia de estos materiales es: 6061-T6＞6005A-T6＞6063-T6.

En la actualidad, las soluciones de formación de carcasas de baterías incluyen soldadura de perfiles de aluminio, fundición de aleación de aluminio, aluminio fundido más perfil de aluminio, soldadura de placas de aluminio estampadas, etc. La solución de soldadura de perfiles de aluminio se ha convertido en la opción principal debido a su flexibilidad y conveniencia de procesamiento. Como se muestra en la Figura 1, la carcasa se compone principalmente de un marco de perfil de aleación de aluminio y una placa inferior de perfil de aleación de aluminio, que se sueldan utilizando perfiles extruidos de aleación de aluminio de la serie 6. La solución de fundición de aleación de aluminio se considera como la dirección de desarrollo futura debido a su proceso simplificado y potencial de reducción de costos.

3- Diseño de la sección del perfil

l Tamaño de la sección y complejidad: El tamaño de la sección del perfil se mide por el círculo circunscrito. Cuanto mayor sea el círculo circunscrito, mayor será la presión de extrusión requerida. La sección del perfil suele estar compuesta por múltiples cavidades para mejorar la rigidez y la resistencia estructural. Por lo general, el marco, la partición intermedia, la placa inferior, la viga, etc. adoptan diferentes diseños de sección para adaptarse a diferentes requisitos estructurales y funcionales.

Figura 2 Sección típica de perfil de aleación de aluminio

l Espesor de pared del perfil de aluminio: El espesor mínimo de pared de un perfil de aluminio específico está relacionado con el radio del círculo circunscrito del perfil, la forma y la composición de la aleación. Por ejemplo, cuando el espesor de pared de la aleación de aluminio 6063 es de 1 mm, el espesor de pared de la aleación de aluminio 6061 debe ser de aproximadamente 1,5 mm. La dificultad de extrusión de la misma sección es: 6061-T6＞6005A-T6＞6063-T6. En el diseño de perfiles de paquetes de baterías, el perfil del marco generalmente está hecho de material de aleación de aluminio 6061-T6, y su sección típica está compuesta de múltiples cavidades, y el espesor de pared más delgado es de aproximadamente 2 mm; el perfil de la placa inferior también está compuesto de múltiples cavidades, y el material es generalmente 6061-T6, 6065A-T6, y el espesor de pared más delgado también es de aproximadamente 2 mm; Además, en el diseño de la bandeja de carga de la placa inferior y la integración de enfriamiento líquido de la placa inferior, la placa inferior generalmente adopta una estructura de doble cara, el espesor de la placa inferior es generalmente de 10 mm y el espesor de la pared y la pared interna de la cavidad son de aproximadamente 2 mm.

l Tolerancia de las dimensiones de la sección transversal del perfil: La tolerancia de las dimensiones de la sección transversal debe determinarse en función de la tolerancia de procesamiento del perfil de aluminio, las condiciones de uso, la dificultad de la extrusión del perfil y la forma del perfil. Para algunos perfiles de aluminio que son difíciles de extruir, se puede cambiar la forma o se puede aumentar la tolerancia de procesamiento y la tolerancia dimensional para reducir la dificultad de la extrusión y extruir productos de perfil de aluminio que se acerquen a los requisitos, y luego se pueden remodelar o procesar para cumplir con los requisitos de uso.

Además, al diseñar la sección del perfil, es necesario considerar los requisitos específicos de los diferentes procesos de soldadura para juntas, ranuras, espesor de pared, etc.

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La hermeticidad del paquete de baterías es un factor clave para garantizar la calidad y la seguridad del paquete de baterías. Está relacionada con la seguridad, la fiabilidad y la vida útil del paquete de baterías. La prueba de hermeticidad del paquete de baterías debe realizarse no solo durante el proceso de producción, sino también durante el mantenimiento y la inspección de la batería.

1- Requisitos de hermeticidad del paquete de baterías

En la producción real, la hermeticidad del paquete de baterías debe cumplir los siguientes requisitos:

Rendimiento de sellado:la carcasa, la interfaz y los conectores del paquete de baterías deben tener un buen rendimiento de sellado para evitar que el polvo, el vapor de agua y otras impurezas externas ingresen al paquete de baterías, lo que se puede lograr mediante soldadura, selladores, materiales impermeables, etc.

Rendimiento a prueba de agua: para evitar que la humedad ingrese a la batería, lo que provoca cortocircuitos, corrosión y otros problemas. De acuerdo con la norma nacional GB38031-2020 "Requisitos de seguridad para baterías de energía para vehículos eléctricos", el rendimiento de sellado de las baterías y sus componentes debe cumplir con el estándar IP67. La mayoría de los vehículos de nueva energía tienen requisitos de rendimiento de sellado más altos para las baterías y sus componentes, y deben cumplir con el estándar IP68, es decir, el paquete de baterías puede evitar que el agua ingrese dentro de la profundidad de agua y el tiempo de inmersión especificados.

Los métodos tradicionales de prueba de hermeticidad incluyen el método de presión y el método de inmersión (prueba de agua). El método de inmersión consiste en sumergir la placa de refrigeración líquida en agua y observar si se generan burbujas para evaluar el sellado.

Tanque de prueba de hermeticidad del canal de agua de la placa de enfriamiento líquido

Aunque el estándar IP68 es más estricto, en aplicaciones reales, el método de caída de presión se utiliza a menudo como el principal método de detección para cumplir con los requisitos IP68 estableciendo estándares de detección de hermeticidad adecuados. El método de caída de presión determina la hermeticidad del paquete de baterías midiendo el cambio de presión dentro del paquete de baterías. Al realizar pruebas de hermeticidad, se debe prestar atención a múltiples parámetros, como la presión de inflado, el tiempo de inflado, el tiempo de estabilización de la presión y la tasa de fuga.

（lado izquierdo）Diagrama del principio básico de la presión diferencial

（lado derecho）Diagrama del principio básico de la presión directa

2-Análisis del problema de fugas en la placa de refrigeración líquida

Con la mejora continua de la demanda del mercado de vehículos con baterías eléctricas, sistemas de almacenamiento de energía con baterías, etc., se utilizan ampliamente los paquetes de baterías con mayor densidad de energía y densidad de potencia. Debido a las características térmicas de las baterías, para garantizar el funcionamiento estable de los equipos centrales como las baterías y mejorar la eficiencia de utilización de la energía, la tecnología de refrigeración líquida es una de las principales rutas técnicas para la gestión térmica del almacenamiento de energía, y la prueba de hermeticidad del sistema de refrigeración líquida se ha convertido en un vínculo clave.

La fuga de la placa de enfriamiento líquido es un problema grave: la fuga obstaculizará el flujo normal del refrigerante, afectará el efecto de disipación de calor de la placa de enfriamiento líquido y reducirá el rendimiento del equipo; la fuga también puede causar envejecimiento y daños a los componentes del sistema, reduciendo la confiabilidad del sistema; la fuga también puede corroer los componentes y circuitos electrónicos, aumentando el riesgo de fallas del equipo e incendio.

¿Por qué sigue ocurriendo el problema de fugas después de realizar rigurosas pruebas de hermeticidad durante el proceso de producción y fabricación de la placa de enfriamiento líquido?

Proceso de prueba de hermeticidad del sistema de refrigeración líquida

La filtración de líquido puede ser causada por una variedad de factores:

l Pequeñas grietas y defectos,Las pruebas de hermeticidad del paisaje pueden detectar grandes canales de fuga, pero aún pueden existir pequeñas grietas y defectos. Estas pequeñas grietas pueden expandirse bajo presión de líquido o en un entorno de alta temperatura, lo que provoca filtraciones de líquido.

l Diferencias en la tensión superficial y la humectabilidad del refrigerante: cuando la tensión superficial del refrigerante es baja, es más fácil que penetre a través de pequeños huecos. Si el diseño de la tensión superficial de la placa de refrigeración de líquido no es razonable o el refrigerante no se selecciona correctamente, el problema de filtración de líquido puede agravarse.

Diferencias de humectabilidad: los distintos refrigerantes tienen distinta humectabilidad en superficies sólidas. Si la rugosidad de la superficie del material de la placa de enfriamiento de líquidos es alta o existen defectos microestructurales, el refrigerante puede penetrar con mayor facilidad.

l Problemas de instalación o proceso: si el proceso de instalación de la placa de enfriamiento de líquido no es lo suficientemente fino, o hay defectos en la soldadura, la conexión y otros procesos, también puede provocar un sellado deficiente y aumentar la posibilidad de filtración de líquido.

l Condiciones ambientales: Los cambios de temperatura, especialmente en entornos de alta presión, pueden afectar la permeabilidad del refrigerante. Aunque estos factores ambientales pueden no tenerse en cuenta durante las pruebas de hermeticidad, en la operación real, las fluctuaciones de temperatura pueden provocar fallas en los sellos.

l Envejecimiento o fatiga del material: si el material de la placa de enfriamiento de líquido se utiliza durante demasiado tiempo, puede envejecer o fatigarse, lo que provocará que su rendimiento de sellado se deteriore, aumentando así el riesgo de fugas de líquido.

3-Medidas preventivas para fugas de líquido en la placa de refrigeración

l Mejorar el diseño de la placa de refrigeración líquida: Al optimizar la estructura y el diseño de la placa de refrigeración líquida, se reducen las pequeñas grietas y defectos y se mejora su rendimiento de sellado. Por ejemplo, al soldar la viga de instalación del módulo en la superficie del canal de flujo, se deben tomar medidas antifugas para evitar fugas de refrigerante.

l Mejorar el nivel del proceso de fabricación: en el proceso de producción de la placa de refrigeración líquida, se utilizan procesos y materiales de soldadura de alta calidad para garantizar que el refrigerante no penetre fácilmente. Al mismo tiempo, durante el proceso de montaje, siga estrictamente los procedimientos operativos para evitar que se aflojen o se instalen incorrectamente.

l Optimice la combinación de métodos de detección para garantizar la eficiencia de detección al tiempo que mejora la precisión de detección y reduce la tasa de detección fallida. El método de inmersión y el método de caída de presión se utilizan para la detección de hermeticidad, que es simple de operar, económico y eficiente, y es adecuado para necesidades de detección de rutina a gran escala. Sin embargo, la precisión de detección de los dos métodos es baja. La precisión de detección del método de caída de presión es generalmente una tasa de fuga de 1×10-4Pa·m³/s, y la precisión de los resultados de detección se ve fácilmente interferida por factores como la temperatura, la humedad, la limpieza y la presión. Utilice equipos de detección con mayor precisión de detección y mejor efecto para aumentar la precisión de detección a 1×10-6Pa·m³/s, mejorando así el efecto de detección.

Además de las medidas preventivas para la propia placa de enfriamiento líquido, también es necesario adoptar estrategias de respuesta adecuadas en múltiples aspectos, como la selección del refrigerante, la selección del sello y el entorno de trabajo del equipo.

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En el diseño de disipación de calor, la adopción de métodos efectivos de reducción de costos puede mejorar la confiabilidad y la eficiencia del sistema general y, al mismo tiempo, reducir costos innecesarios.

1-El diseño de reducción de potencia reduce los costos

El diseño de reducción de potencia es un método de diseño que reduce intencionalmente las tensiones eléctricas, térmicas y mecánicas a las que se ven sometidos los componentes o productos durante su funcionamiento. En escenarios reales de producción y uso, la estabilidad de los equipos electrónicos se puede mejorar reduciendo la tensión que soportan los componentes.

Diagrama esquemático de las rutas de disipación de calor para empaquetado 2D y 3D

l Reducir el estrés laboral: durante el diseño y el funcionamiento del producto, el estrés laboral de los componentes se puede reducir reduciendo la carga de trabajo, controlando la frecuencia de funcionamiento, limitando la corriente y el voltaje, etc.

l Reducir el estrés ambiental: Reducir el estrés ambiental seleccionando tipos de componentes, diseños y formas de embalaje adecuados, como seleccionar componentes con un amplio margen de temperatura o utilizar formas de embalaje con buen sellado para reducir los efectos de la temperatura la humedad y la presión sobre los componentes.

l Aplicación de ingeniería de confiabilidad: diseño redundante razonable, detección y aislamiento de fallas, etc., reducen aún más el riesgo de falla de los componentes.

Al reducir la tensión de los componentes durante su funcionamiento, se puede reducir su consumo de energía y la generación de calor. Cuando los dispositivos de potencia funcionan en condiciones de tensión inferiores a su tensión nominal, se puede reducir su consumo de energía y la generación de calor, lo que ayuda a mejorar la eficiencia energética y la fiabilidad del sistema. A largo plazo, el diseño de reducción de potencia aumenta eficazmente la vida útil de los componentes, reduce las tasas de fallos, reduce la carga de trabajo de mantenimiento y, por tanto, reduce los costes.

2-Optimizar el diseño

La eficiencia de trabajo del radiador se puede mejorar significativamente a través de una disposición razonable de los componentes térmicos, y una estrategia de disposición de componentes razonable puede lograr un equilibrio entre el rendimiento y el costo del producto.

l Distribuir los componentes de disipación de calor: dispersar los componentes que generan grandes cantidades de calor para reducir la carga de calor por unidad de área.

l Ubicación propicia para la disipación del calor: coloque el elemento calefactor en una ubicación propicia para la disipación del calor, como cerca de un respiradero o en el borde del dispositivo.

l Disposición escalonada: durante el diseño, escalone los componentes de calefacción con otros componentes generales e intente hacer que los componentes de calefacción sean componentes sensibles a la temperatura para reducir su impacto en los componentes sensibles al calor.

l Mejora el flujo de aire: al cambiar el diseño de dirección y la disposición de los componentes, se optimiza la ruta del flujo de aire, se aumenta el caudal y se mejora el coeficiente de transferencia de calor.

Recomendaciones de espaciado entre componentes

3-Elección del método de enfriamiento

A medida que mejora el rendimiento de los componentes electrónicos y aumenta el grado de integración, la densidad de potencia continúa aumentando, lo que da como resultado un aumento significativo del calor generado por los componentes electrónicos durante el funcionamiento. Al elegir un método de disipación de calor para los componentes electrónicos, los requisitos de control de temperatura incluyen principalmente los siguientes aspectos:

l Rango de temperatura: los distintos componentes tienen distintos rangos de tolerancia a la temperatura. Por ejemplo, los chips de alto rendimiento, como las CPU, tienen requisitos de temperatura de funcionamiento de entre 85 y 100 °C, mientras que algunos dispositivos de bajo consumo pueden tolerar temperaturas más altas, por lo que el sistema de refrigeración debe garantizar que los componentes funcionen dentro de un rango de temperatura seguro.

l Precisión del control de temperatura: en algunos escenarios con requisitos estrictos de control de temperatura, es necesario adoptar una solución de disipación de calor que pueda controlar con precisión la temperatura para evitar la degradación del rendimiento del componente o incluso daños causados por temperaturas excesivamente altas o bajas.

l Temperatura ambiente: el efecto de disipación de calor de los equipos electrónicos no solo depende de la capacidad de disipación de calor del propio dispositivo, sino que también se ve afectado por la temperatura ambiente circundante. El diseño de la disipación de calor debe tener en cuenta los cambios en la temperatura ambiente y tratar de mantener el dispositivo dentro de un rango de temperatura adecuado mediante medios de disipación de calor.

l Consumo de energía y fiabilidad: Algunos componentes electrónicos de bajo consumo pueden utilizar la disipación de calor natural cuando generan poco calor. Para equipos de alto consumo, es necesario recurrir a la tecnología de disipación de calor avanzada para garantizar que mantenga un rendimiento normal y prolongar su vida útil bajo alta carga.

l Sellado y densidad: En dispositivos ensamblados sellados y de alta densidad, si la generación de calor no es alta, se puede confiar en la disipación natural del calor. Cuando los componentes están empaquetados de manera densa y generan grandes cantidades de calor, se necesitan tecnologías de disipación de calor más efectivas, como la disipación de calor forzada o la refrigeración líquida. La refrigeración líquida y la tecnología de tubos de calor se utilizan en escenarios con alto consumo de energía y gran generación de calor, como componentes electrónicos de alta potencia, como tubos de onda viajera, magnetrones y tubos amplificadores de potencia, servidores y equipos de alto consumo energético, así como en los sistemas de tres eléctricos de vehículos de nueva energía. Sus ventajas de aplicación únicas.

（lado izquierdo）Módulo de refrigeración por aire de la pila de carga

（lado derecho）Módulo de refrigeración líquida de pila de carga

Al elegir un método de refrigeración para componentes electrónicos, es necesario considerar exhaustivamente factores como la generación de calor y el flujo de calor, la temperatura ambiente y la temperatura de funcionamiento, las limitaciones de espacio y los requisitos de aislamiento térmico, y el costo y la viabilidad. Al utilizar la tecnología de refrigeración y los dispositivos de refrigeración adecuados para garantizar que los componentes funcionen a una temperatura adecuada, se puede reducir de manera efectiva el costo de reemplazo y mantenimiento del sistema. Además, la reutilización de proyectos históricos también es una estrategia eficaz para reducir los costos de desarrollo y fabricación y mejorar la confiabilidad.

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Las bandejas de batería, también conocidas como cajas de batería o cajas PACK, se valoran cada vez más como un componente muy importante en el desarrollo de vehículos de nueva energía. El diseño de las bandejas de batería debe equilibrar la relación entre factores como el peso, la seguridad, el costo y el rendimiento del material. Las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente en la ingeniería ligera automotriz debido a su baja densidad y alta resistencia específica, lo que puede garantizar la rigidez al mismo tiempo que garantiza el rendimiento de la carrocería del vehículo.

1- Ubicación y selección del método de soldadura de la bandeja de la batería

Las bandejas de aluminio para baterías están hechas de perfiles de aluminio extruido y los distintos componentes se combinan en un todo mediante soldadura para formar una estructura de marco completa. Estructuras similares también se utilizan ampliamente en cajas de almacenamiento de energía.

Las partes soldadas de la bandeja de la batería generalmente incluyen la unión de la placa inferior, la conexión entre la placa inferior y el costado, la conexión entre el marco lateral, las vigas horizontales y verticales, la soldadura de los componentes del sistema de enfriamiento líquido y la soldadura de accesorios como soportes y orejas colgantes. Al seleccionar los métodos de soldadura, se seleccionarán diferentes métodos de soldadura de acuerdo con los diferentes requisitos estructurales y de material, consulte la siguiente tabla:

2-Análisis de la influencia de la deformación térmica de la soldadura

La soldadura es un método de procesamiento de calor local. Dado que la fuente de calor se concentra en la soldadura, la distribución de la temperatura en la soldadura es desigual, lo que finalmente conduce a la deformación de la soldadura y la tensión de soldadura dentro de la estructura soldada. La deformación térmica de la soldadura es el fenómeno por el cual la forma y el tamaño de las piezas soldadas cambian debido a la entrada y salida de calor desiguales durante el proceso de soldadura. Combinado con la experiencia real en proyectos de ingeniería, se resumen las piezas que son propensas a la deformación térmica de la soldadura y los factores que influyen:

a.Área de soldadura recta y larga

En la producción real, la placa inferior de la bandeja de la batería generalmente está hecha de 2 a 4 perfiles de aleación de aluminio empalmados entre sí mediante soldadura por fricción y agitación. Las soldaduras son largas y también hay soldaduras largas entre la placa inferior y la placa lateral, y entre la placa inferior y la viga espaciadora. Las soldaduras largas son propensas a sobrecalentamiento local en el área de soldadura debido a la entrada de calor concentrada, lo que resulta en deformación térmica.

Soldadura del marco de la bandeja de la batería

b.Uniones multicomponentes

Se produce por el calentamiento local a alta temperatura y el enfriamiento posterior durante el proceso de soldadura en la soldadura de múltiples componentes. Durante el proceso de soldadura, la soldadura se somete a una entrada de calor desigual, lo que da como resultado una diferencia de temperatura significativa entre el área de soldadura y el material original circundante, lo que provoca efectos de expansión y contracción térmica, lo que provoca la deformación de las piezas soldadas. El extremo de instalación eléctrica de la caja del paquete de almacenamiento de energía generalmente está equipado con una boquilla de agua, un soporte de mazo de cables, una viga, etc., y las soldaduras son densas y muy fáciles de deformar.

En el área intensiva en soldadura, el lado frontal del pallet está deformado y torcido.

c.Pared lateral del canal de placa fría

En la bandeja de la batería con diseño integrado de placa de refrigeración líquida, las piezas con menor rigidez estructural, como placas delgadas y estructuras de tuberías, no pueden resistir bien la deformación térmica durante la soldadura y son propensas a deformarse. Por ejemplo, la pared lateral del canal de flujo de la placa de refrigeración líquida es muy delgada, generalmente solo unos 2 mm. Al soldar vigas, soportes de mazos de cables y otras piezas en la superficie de montaje del módulo, es fácil provocar grietas y arrugas de deformación en la pared lateral del canal de flujo, lo que afecta el rendimiento general.

Defectos de grietas térmicas en la pared del canal de refrigeración líquida causados por la soldadura por haz

3-Método de control de deformación térmica de soldadura

a.Soldadura de segmentos, soldadura de doble cara

Para piezas con requisitos de resistencia relativamente bajos, se adopta la soldadura segmentada y el proceso de soldadura se divide en múltiples secciones pequeñas. Las soldaduras se disponen simétricamente y las soldaduras se disponen simétricamente cerca del eje neutro en la sección de construcción, de modo que las deformaciones causadas por las soldaduras puedan compensarse entre sí. Al mismo tiempo, se minimiza la longitud y el número de soldaduras y se evita la concentración excesiva o el cruce de soldaduras, lo que puede reducir el gradiente de temperatura de soldadura y, por lo tanto, reducir la deformación de la soldadura. Para piezas con altos requisitos de resistencia, como la placa inferior, la placa inferior y el marco lateral, se adopta la soldadura de doble cara para aumentar la resistencia y reducir la deformación por flexión causada por piezas grandes y soldaduras largas.

b.Optimización de la secuencia de soldadura

Controle la deformación de la soldadura, utilice uniones con menor rigidez, evite las soldaduras que se cruzan en dos o tres direcciones y evite las áreas de alta tensión. Optimice la secuencia de soldadura, suelde primero las áreas de menor rigidez y las de mayor rigidez al final, como soldar primero las soldaduras de filete, luego las soldaduras cortas y, por último, las soldaduras largas; suelde primero las soldaduras transversales y luego las soldaduras longitudinales. Una secuencia de soldadura razonable puede controlar eficazmente la deformación de la soldadura, controlando así las dimensiones de la soldadura.

c.Ajuste de parámetros de soldadura

Controle los parámetros y procesos de soldadura y establezca razonablemente la velocidad de soldadura, el número de capas de soldadura y el espesor de cada soldadura. Para soldaduras más gruesas, utilice métodos de soldadura multicapa y multicanal, y el espesor de cada capa de soldadura no debe superar los 4 mm. La soldadura multicapa puede reducir la microestructura estructural y mejorar el rendimiento de la unión. Controle con precisión los parámetros de soldadura y seleccione razonablemente parámetros como la corriente de soldadura, el voltaje, el modelo de electrodo y la velocidad de soldadura para garantizar una forma y un tamaño consistentes del baño de fusión, evitando así errores causados por una selección incorrecta de parámetros.

d.Mejora de las habilidades de soldadura

Mejorar las habilidades operativas del soldador (utilizar el procesamiento mecánico para componentes grandes o nodos con requisitos estrictos) para garantizar la consistencia y estandarización de las acciones durante la soldadura y reducir los problemas dimensionales causados por factores humanos.

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La aleación de aluminio es el material estructural no ferroso más utilizado en la industria, especialmente en escenarios donde la conductividad térmica de los materiales es de gran preocupación, y en situaciones donde se requiere una conducción de calor eficiente, como en la disipación de calor de equipos electrónicos, la disipación de calor de los tres sistemas de potencia de vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía en baterías. En los campos de la disipación de calor y la aeroespacial, se utiliza generalmente para fabricar equipos de transferencia de calor eficientes, como radiadores, placas de conducción de calor y componentes electrónicos.

La conductividad térmica, también llamada conductividad térmica, es un índice de parámetro que caracteriza la conductividad térmica de los materiales. Indica la conducción de calor por unidad de tiempo, unidad de área y gradiente de temperatura negativo. La unidad es W/m·K o W/m·℃. La aleación de aluminio es un material de aleación compuesto de aluminio y otros metales. Su conductividad térmica es muy excelente y el coeficiente de conductividad térmica suele estar entre 140-200 W/(m·K). Como el metal con mayor contenido en la corteza terrestre, el aluminio tiene un coeficiente de conductividad térmica relativamente bajo. Es favorecido por su gran altura, baja densidad y bajo precio.

1-Principio de conductividad térmica de los materiales de aleación de aluminio

Cuando hay una diferencia de temperatura entre áreas adyacentes de un material, el calor fluirá desde el área de alta temperatura al área de baja temperatura a través de la parte de contacto, lo que dará como resultado la conducción de calor. Hay una gran cantidad de electrones libres en los materiales metálicos. Los electrones libres pueden moverse rápidamente en el metal y pueden transferir calor rápidamente. La vibración reticular es otra forma de transferencia de calor del metal, pero queda relegada a un segundo plano en comparación con el método de transferencia de electrones libres.

Comparación de los métodos de conducción del calor entre metales y no metales

2-Factores que afectan la conductividad térmica de las aleaciones de aluminio

a.La aleación es uno de los principales factores que afectan la conductividad térmica. Los elementos de aleación existen en forma de átomos de solución sólida, fases precipitadas y fases intermedias. Estas formas traerán defectos cristalinos, como vacantes, dislocaciones y distorsión reticular. Estos defectos aumentarán la probabilidad de dispersión de electrones, lo que dará como resultado una reducción en el número de electrones libres, reduciendo así la conductividad térmica de las aleaciones. Diferentes elementos de aleación producen diferentes grados de distorsión reticular en la matriz de Al y tienen diferentes efectos en la conductividad térmica. Esta diferencia es el resultado de múltiples factores como la valencia de los elementos de aleación, las diferencias de volumen atómico, la disposición de los electrones extranucleares y el tipo de reacción de solidificación.

b.El tratamiento térmico es un paso muy importante en el procesamiento de aleaciones de aluminio. Al cambiar la microestructura y la transformación de fase de las aleaciones de aluminio, su conductividad térmica puede verse afectada significativamente. El tratamiento de solución sólida consiste en calentar la aleación de aluminio a una determinada temperatura para disolver completamente los átomos de soluto en la matriz y luego enfriarla rápidamente para obtener una solución sólida uniforme. Este tratamiento mejora las propiedades mecánicas del material, pero generalmente reduce su conductividad térmica. El tratamiento de envejecimiento se realiza mediante una deformación en frío adecuada y un recalentamiento después del tratamiento de solución sólida, lo que puede optimizar la microestructura de la aleación y mejorar su rendimiento general. El tratamiento de envejecimiento tiene en cuenta las propiedades mecánicas y la conductividad térmica de la aleación, de modo que la aleación mantenga una alta resistencia y al mismo tiempo tenga una buena conductividad térmica. El recocido mejora la microestructura de la aleación manteniéndola a una temperatura más baja para precipitar y redistribuir la segunda fase en la aleación. El tratamiento de recocido puede mejorar la plasticidad y la tenacidad de las aleaciones de aluminio, pero el efecto sobre la conductividad térmica varía según la situación específica.

Diagrama esquemático de los cambios en la estructura cristalina durante el proceso de envejecimiento de la aleación Al-Cu

c.Otros factores que influyen son las impurezas y las partículas de la segunda fase: Las impurezas y las partículas de la segunda fase (como óxidos, carburos, etc.) en las aleaciones de aluminio pueden dispersar los portadores calientes (electrones y fonones), reduciendo así la conductividad térmica. Cuanto mayor sea el contenido de impurezas, más gruesas serán las partículas de la segunda fase y, en general, menor será la conductividad térmica. El tamaño de grano de las aleaciones de aluminio también afecta a la conductividad térmica. En términos generales, cuanto menor sea el tamaño de grano, más límites de grano habrá y menor será la conductividad térmica. Además, el método de procesamiento de la aleación de aluminio (como laminado, extrusión, forjado, etc.) afectará a su microestructura y estado de tensión residual, lo que afectará a la conductividad térmica. El endurecimiento por deformación y las tensiones residuales reducen la conductividad térmica.

En resumen, la aleación de aluminio es una opción ideal para materiales con alta conductividad térmica. Factores como el tipo de elementos de aleación en las aleaciones de aluminio y sus formas, los métodos de tratamiento térmico, las impurezas, el tamaño del grano y los métodos de moldeo afectarán la conductividad térmica de los materiales de aleación de aluminio. Se deben tener en cuenta consideraciones exhaustivas al diseñar la composición del material y la planificación del proceso.

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La tecnología de refrigeración por inmersión para almacenamiento de energía es un método avanzado de enfriamiento de baterías. Utiliza las propiedades térmicas de los líquidos para enfriar rápida, directa y completamente las baterías, asegurando su funcionamiento en un entorno seguro y eficiente.El principio básico consiste en sumergir completamente las baterías de almacenamiento en un líquido aislante, no tóxico y capaz de disipar el calor.Esta tecnología permite el intercambio térmico directo entre el líquido y las baterías, absorbiendo rápidamente el calor generado durante los ciclos de carga y descarga, y trasladándolo a un sistema de enfriamiento externo.

Diagrama de principio de un sistema de enfriamiento por inmersión para almacenamiento de energía

El sistema de enfriamiento por inmersión para almacenamiento de energía actúa como soporte y protección para las celdas de la batería, desempeñando funciones clave como el soporte del paquete de baterías, el refrigerante, la seguridad y la transferencia de calor.Por lo tanto, en el diseño de la estructura del contenedor se deben considerar aspectos como la estanqueidad, la eficiencia de enfriamiento, la seguridad, la selección de materiales y el proceso de fabricación para garantizar un funcionamiento seguro, eficiente y confiable del sistema.El diseño de la estructura del contenedor es la base de todo el sistema de enfriamiento por líquido.

1-Carga uniforme

El cuerpo inferior del Pack de almacenamiento de energía por inmersión está compuesto por una placa base y placas laterales. La placa base actúa como soporte fundamental, mientras que las placas laterales están fijas alrededor de ella, formando el marco principal del contenedor.Las dimensiones del contenedor se ajustan a las necesidades generales del sistema de refrigeración líquida y a la situación de carga. En el diseño de contenedores de gran tamaño, se pueden establecer tabiques internos o estructuras de proceso de manera razonable para dividir un gran espacio en varios espacios pequeños, aumentando así el área de carga y mejorando la capacidad de carga uniforme.Además, se puede aumentar la capacidad de carga local mediante la adición de nervios de soporte y refuerzos, y se pueden establecer estructuras de carga uniforme dentro del contenedor para equilibrar las cargas en cada esquina.

Al mismo tiempo, para reducir el impacto de la deformación plástica en la carga uniforme, se pueden diseñar superficies de procesamiento de diferentes alturas en un mismo plano, lo que puede reducir la frecuencia de ajustes de la máquina herramienta y evitar deformaciones causadas por diferencias de altura; también se puede aumentar el ancho o la altura del contenedor para dispersar la carga y reducir la deformación.

Además, el diseño integrado del canal de enfriamiento por líquido y la placa base del contenedor, realizado mediante soldadura por fricción agitada o soldadura láser, mejora significativamente la resistencia estructural de todo el sistema.

Esquema de la estructura de la caja inferior del Pack de almacenamiento de energía de enfriamiento por inmersión

2-Diseño de intercambio de calor

La conductividad térmica es un aspecto importante de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión. El objetivo del diseño es garantizar que la batería pueda disipar el calor de manera efectiva en un entorno de alta temperatura, manteniendo así su rendimiento y seguridad.

Los materiales del contenedor deben tener una alta conductividad térmica. Los materiales comúnmente utilizados incluyen aleaciones de aluminio, cobre y compuestos a base de aluminio.El diseño del contenedor también debe considerar el impacto de las variaciones de temperatura ambiental. Un grosor de aislamiento adecuado puede garantizar que la temperatura interna del contenedor se mantenga dentro de un rango relativamente constante, mejorando así la eficiencia general del sistema.

El diseño estructural del contenedor afecta directamente su conductividad térmica. Una disposición adecuada de los canales de líquido garantiza un flujo fluido dentro del contenedor y maximiza la superficie de contacto, siendo esta la principal estrategia para mejorar la conductividad térmica del contenedor.Se pueden establecer varios canales dentro del contenedor para aumentar las rutas de circulación del líquido refrigerante, mejorando así el efecto de disipación de calor.

          （lado izquierdo）Opción 1: Inmersión total + Unitaria + Intercambiador de placas     

（lado derecho）Opción 2: Inmersión total + Unitaria + Intercambiador de caja

El sistema de refrigeración líquida incluye medio refrigerante, estructuras de conducción térmica, tuberías de refrigeración y estructuras de soporte.

En la Opción 1, se puede llenar los canales del intercambiador de calor y la cavidad de la caja con el mismo líquido refrigerante o diferentes líquidos, y ambas cavidades están selladas y son independientes entre sí.En la cavidad de la caja, el líquido refrigerante sumerge completamente el módulo de batería, asegurando un contacto total. El refrigerante permanece estático y utiliza la buena conductividad térmica del líquido para absorber el calor de la superficie de la batería, reduciendo así el aumento de temperatura.En el intercambiador de calor, el líquido refrigerante se divide en varios canales que entran en paralelo en el panel de refrigeración, y luego se reúnen en el colector de salida, siendo el principal responsable de la eliminación del calor para lograr la refrigeración.

En la Opción 2, el líquido refrigerante de baja temperatura entra desde la parte inferior o lateral, mientras que el líquido de alta temperatura sale desde arriba. El refrigerante circula dentro del paquete de baterías, lo que permite distribuir la temperatura de manera uniforme y efectiva, mejorando la eficiencia de enfriamiento general y manteniendo la coherencia de la temperatura de la celda o del paquete de baterías.

Para mejorar aún más el efecto de refrigeración, se pueden tomar diversas medidas de optimización, como optimizar el flujo de líquido y los métodos de circulación, elegir refrigerantes de alta capacidad térmica y mejorar la distribución de temperatura del líquido.Estas medidas pueden reducir la acumulación de calor y la pérdida de energía, asegurando que la batería funcione en un estado de enfriamiento eficiente.

3-Diseño de sellado

Para la caja de refrigeración líquida, se realiza un diseño de sellado completo utilizando materiales y estructuras de sellado avanzados. El diseño del sellado no solo debe considerar la estanqueidad al aire, sino también la estanqueidad del medio líquido para garantizar que no haya fugas en ninguna dirección de las celdas de la batería.

El diseño debe seleccionar la forma y el tipo de sellado adecuados según las necesidades específicas de la aplicación, considerando factores como el grado de libertad de las fugas de los sellos, la resistencia al desgaste, la compatibilidad con el medio y la temperatura, y la baja fricción. Según las especificaciones detalladas, se deben elegir tipos y materiales de sellado adecuados.

Además, la elección del proceso de soldadura tiene un gran impacto en el rendimiento del sellado. Elegir el método de soldadura adecuado para diferentes materiales y grosores puede mejorar eficazmente la calidad de las juntas de soldadura, garantizando así la resistencia y estanqueidad global del sistema.

Imagen del producto terminado del cuerpo inferior del pack de almacenamiento de energía por inmersión líquida unitaria

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A medida que la densidad de potencia y la generación de calor de diversos productos electrónicos sigue aumentando, la gestión térmica se enfrenta a desafíos cada vez mayores,La refrigeración líquida se está convirtiendo gradualmente en la solución predominante debido a su alta eficiencia de refrigeración, bajo consumo de energía, bajo ruido y alta fiabilidad.

El sistema de refrigeración líquida funciona uniendo la placa fría con el grupo de baterías (u otra fuente de calor) y haciendo circular un refrigerante en el interior para disipar el calor generado por la fuente de calor,Este calor se transfiere luego a través de uno o varios circuitos de refrigeración y, en última instancia, se disipa al ambiente exterior.

Como componente central de un sistema de refrigeración líquida, la placa de refrigeración líquida es un elemento de disipación de calor altamente eficiente, cuya función principal es eliminar el calor generado durante el funcionamiento de la batería (u otras fuentes de calor) mediante la circulación del líquido refrigerante, permitiendo que el equipo funcione dentro de un rango de temperatura seguro.Si los canales de la placa de refrigeración líquida no están limpios, esto puede afectar la uniformidad del flujo del líquido refrigerante. Las partículas extrañas de gran tamaño pueden provocar obstrucciones o un flujo irregular, lo que impide una transmisión eficaz del calor y afecta la eficiencia de disipación de calor y el rendimiento general de los dispositivos electrónicos.

Si quedan impurezas en los canales, estas pueden dañar la capa protectora de óxido en las paredes metálicas, provocando corrosión o erosión en la placa de refrigeración líquida. Además, las impurezas en los canales pueden causar un contacto deficiente entre los componentes, lo que puede llevar al envejecimiento o daño de los sellos, aumentando así el riesgo de fugas y afectando la estabilidad a largo plazo del sistema.

1-Requisitos de limpieza de los canales de las placas de refrigeración líquida

Las soluciones actuales de cajas de refrigeración líquida para almacenamiento de energía generalmente requieren que los canales estén libres de cuerpos extraños, virutas de aluminio, restos de aceite y líquidos. En algunos casos, se establecen requisitos específicos sobre la masa de impurezas y el tamaño de las partículas duras y blandas.

2-Etapas de alto riesgo de contaminación de los canales durante la fabricación de placas de refrigeración líquida

Durante el proceso de fabricación de componentes de placas de refrigeración, como los canales internos y las estructuras de las interfaces de refrigeración, residuos de aceite, refrigerante de corte, virutas de metal y otros cuerpos extraños pueden entrar fácilmente en los canales durante las etapas de corte, perfilado de canales, etc. Las áreas de mecanizado se encuentran en la entrada de los canales, lo que dificulta la protección, y las virutas que ingresan son difíciles de eliminar.

Procesamiento de componentes de placas de refrigeración líquida: limpieza de canales y desbarbado

Después del mecanizado de los canales de las placas de refrigeración, se sueldan tapones, boquillas y otros componentes para formar canales cerrados. La estructura de los canales suele ser no lineal, creando zonas difíciles de limpiar.

En el proceso de mecanizado posterior a la soldadura de las placas de refrigeración, se utiliza una gran cantidad de refrigerante de corte para enfriar las herramientas y las piezas, lo que genera una gran cantidad de virutas metálicas. Esta fase implica un alto riesgo de que el refrigerante y las virutas contaminen los canales, y que sean difíciles de eliminar por completo, lo cual representa un riesgo importante de contaminación del canal.

3-Limpieza y protección de los canales de la placa de refrigeración líquida

Para asegurar la fiabilidad y el rendimiento de los componentes de las placas de refrigeración líquida, generalmente se llevan a cabo operaciones de limpieza rigurosas.Enjuague: Se usa una pistola de agua a alta presión para enjuagar los canales internos de la placa de refrigeración líquida, eliminando posibles residuos, partículas u otras impurezas.Después del enjuague, los componentes de la placa de refrigeración líquida deben secarse para asegurar que no quede humedad residual en los canales.

Procesamiento de componentes de la placa de refrigeración líquida: enjuague y desengrasado

Las placas de refrigeración líquida, como las placas de enfriamiento, pueden contaminarse fácilmente durante el proceso de fabricación si no están debidamente protegidas. Virutas metálicas, aceite y líquidos de corte pueden entrar en el proceso de fabricación. Además, en el proceso de transporte, es fácil que ingresen cuerpos extraños.Generalmente, se considera de antemano la protección de los canales, como adhesivos antipolvo y manguitos protectores en los accesorios de agua.

Por lo tanto, la limpieza de los canales internos de las placas de refrigeración es una medida esencial para eliminar las contaminaciones y mejorar la limpieza de los canales. En la práctica, se requiere un control completo del proceso. Basándose en esto, se proponen medidas de control de contaminación específicas para controlar eficazmente la contaminación en los canales internos de las placas de refrigeración.

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El cuerpo de la batería de almacenamiento de energía desempeña un papel clave en el sistema de almacenamiento, con funciones principales como protección de carga, transmisión de calor uniforme, instalación eléctrica y sellado a prueba de agua.

Con el aumento de los requisitos de densidad de energía de las baterías, el aluminio, con su alta conductividad térmica y baja densidad, se convierte en una solución eficaz para mejorar la eficiencia del sistema de baterías.El diseño integrado de los canales de flujo y las paredes laterales del cuerpo puede ahorrar trabajo de soldadura en los puntos clave de soporte de carga, mejorando la resistencia estructural. Esto garantiza la seguridad y estabilidad de la estructura en condiciones de carga estática, levantamiento y vibración aleatoria, mejorando en cierta medida la hermeticidad del cuerpo.

Además, el diseño integrado ayuda a reducir el número de piezas y el peso del cuerpo. Fabricado mediante un proceso de extrusión, ofrece costos de molde bajos, fácil procesamiento y flexibilidad para satisfacer diferentes volúmenes de producción.

1-Tipos principales del cuerpo inferior de almacenamiento de energía en aluminio extruido y soldado

La anchura del cuerpo inferior enfriado por líquido para el almacenamiento de energía generalmente varía entre 790 y 810 mm, y la altura entre 40 y 240 mm. Se divide en tipo plano y tipo brida (ver ilustración a continuación). La longitud del cuerpo enfriado por líquido está relacionada con la capacidad del producto de almacenamiento de energía, y hay soluciones comunes como 48s, 52s, 104s y otras especificaciones.

Cuerpo inferior enfriado por líquido de tipo plano

Cuerpo inferior enfriado por líquido de tipo brida

2-Formas estructurales del cuerpo inferior de almacenamiento de energía en aluminio extruido y soldado

El cuerpo enfriado por líquido es la estructura básica de todo el paquete de baterías, compuesto por una estructura de marco rectangular soldada a partir de un panel de base avec canales, juntas, boquillas, marco, vigas, soportes y orejas de elevación. Todas las piezas son de aleación de aluminio.

Diagrama de montaje de las piezas del cuerpo enfriado por líquido

El cuerpo enfriado por líquido necesita tener una capacidad de carga y una resistencia estructural suficientes, lo que impone altos requisitos de calidad de soldadura, incluyendo el proceso de soldadura, el control de la clasificación de las soldaduras y las habilidades de los soldadores, para garantizar la seguridad y la fiabilidad en la aplicación práctica.

La tecnología de enfriamiento por líquido tiene altos requisitos de hermeticidad para el cuerpo enfriado por líquido, incluyendo la hermeticidad del cuerpo inferior y de los canales de enfriamiento por líquido. Además, los canales de enfriamiento por líquido deben soportar la presión del flujo del refrigerante, lo que aumenta aún más los requisitos de hermeticidad de los canales de enfriamiento por líquido.

3-Requisitos de calidad de soldadura

Se requiere generalmente que el panel inferior enfriado por líquido se suelde mediante soldadura por fricción, y los tapones del cuerpo enfriado por líquido de tipo plano también se sueldan de esta manera. Normalmente, la hendidura de la soldadura por fricción debe ser ≤ 0.5, y no se permiten metales sueltos o que puedan desprenderse debido a vibraciones.

Los canales de enfriamiento por líquido, los marcos, las boquillas, las orejas de elevación, las vigas transversales y otros accesorios suelen soldarse mediante TIG o CMT. Teniendo en cuenta las diferentes exigencias de rendimiento de las piezas, los canales de enfriamiento, los marcos, las boquillas y las orejas de elevación se sueldan completamente, mientras que las vigas transversales y los accesorios se sueldan por secciones. La planitud en la zona de las vigas del módulo de batería delantero y trasero debe ser inferior a 1,5 mm para un solo módulo y inferior a 2 mm para el total; la planitud del marco debe cumplir con ± 0,5 mm por cada aumento de longitud de 500 mm.

En la superficie de la soldadura no se permiten defectos como grietas, falta de penetración, falta de fusión, porosidad superficial, escoria expuesta o soldaduras incompletas. En general, se exige que la altura de la soldadura de la boquilla sea ≤ 6 mm; las soldaduras en otras posiciones no deben sobresalir de la superficie inferior del cuerpo, y las soldaduras en el interior de las vigas de los módulos delanteros y traseros no deben sobresalir de la superficie interna.

La profundidad de la soldadura debe cumplir con los requisitos de los estándares pertinentes. La resistencia a la tracción de las uniones de soldadura por arco no debe ser inferior al 60 % del valor mínimo de resistencia a la tracción del material base; para las uniones de soldadura láser y por fricción, la resistencia a la tracción no debe ser inferior al 70 % del valor mínimo de resistencia a la tracción del material base.

Además, la soldadura del cuerpo inferior también debe cumplir con los estándares de hermeticidad IP67, por lo que, para el tratamiento posterior a la soldadura, se exige generalmente que las escorias y las soldaduras en el área de las vigas del módulo delantero y trasero se pulan; las soldaduras en el exterior de la bandeja no deben pulirse, y las soldaduras en las superficies de sellado deben estar pulidas uniformemente, sin diferencias de altura significativas con el marco.

Tabla: Selección de procesos de soldadura para cajas inferiores de refrigeración líquida para almacenamiento de energía y aplicaciones típicas

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El propósito de un disipador de calor es aumentar el área de transferencia de calor dentro de un espacio de volumen determinado. Mejorando la forma de la estructura, se puede aumentar la eficiencia de transferencia de calor desde la superficie hacia el fluido circundante. Mediante tratamientos de superficie, entre otras técnicas, se aumenta el área efectiva de transferencia, logrando así mejorar la disipación de calor y controlar la temperatura.

En aplicaciones donde la densidad de potencia de volumen y la densidad de flujo térmico no son altas, los disipadores con aletas rectas y rectangulares son populares entre los ingenieros debido a su estructura simple, su costo de fabricación razonable y su buen rendimiento de disipación de calor.

Comparación de diferentes métodos de transferencia de calor

1-Diseño de aletas de disipador de calor

Un disipador de calor actúa como una superficie de disipación extendida, centrándose principalmente en parámetros como la altura, la forma, el espaciado de las aletas y el grosor de la placa base.

Dimensiones del disipador de calor de aletas planas

Según el diagrama anterior, se puede calcular el área de disipación extendida del disipador de calor:

Área de una sola aleta:A_f = 2L（h+t/2），

Área de espacios：A_b= Lh，

Área total de disipación de calor: At=nA_f +(n±1)A_b (n es el número de aletas).

Vista seccional de la aleta

La función principal de las aletas es aumentar la superficie para mejorar la eficiencia de la transferencia de calor.El espaciado, el grosor y la altura de las aletas son factores clave para determinar la cantidad, distribución y superficie de las aletas.Como se muestra en la imagen, cuando h↑ o t↓, las aletas son más altas, delgadas y densas, lo que permite una mayor superficie de disipación.

Cuando aumenta la superficie de las aletas, su contacto con el aire también aumenta, lo que facilita la disipación de calor.Los ingenieros también pueden aumentar la superficie de disipación optimizando la forma de las aletas, como onduladas o dentadas.

Aunque una mayor superficie de las aletas mejora la disipación de calor, no significa necesariamente que más grande siempre sea mejor.Ya sea con disipación natural o refrigeración forzada, el espaciado de las aletas es un factor importante para el coeficiente de transferencia de calor del aire.

Impacto del espacio y la altura de las aletas en la eficiencia de disipación de calor.

En condiciones de disipación natural, las variaciones de temperatura en la superficie del disipador generan convección natural y flujo de la capa límite de aire en las paredes de las aletas. Un espaciado demasiado estrecho puede obstaculizar este proceso.En condiciones de refrigeración forzada, el grosor de la capa límite en las aletas se comprime, permitiendo un espaciado más estrecho, pero está limitado por los métodos de fabricación y la fuerza motriz. Por lo tanto, es crucial equilibrar el grosor y la altura de las aletas.

2-Diseño de la base del disipador de calor

El grosor de la base es un factor importante que afecta la eficiencia del disipador de calor. Cuando la base es delgada, la resistencia térmica hacia las aletas alejadas de la fuente de calor es mayor, lo que provoca una distribución desigual de la temperatura y reduce la resistencia del disipador a los choques térmicos.

Aumentar el grosor de la base puede corregir la distribución desigual de la temperatura y mejorar la resistencia a los choques térmicos, aunque una base demasiado gruesa puede causar acumulación de calor y reducir la capacidad de conducción térmica.

Esquema del principio de funcionamiento del disipador térmico

Como se muestra en la imagen:

Cuando la superficie de la fuente de calor es menor que la de la placa base, el calor debe difundirse desde el centro hacia los bordes, formando una resistencia térmica de difusión. La ubicación de la fuente de calor también influye en esta resistencia. Si la fuente está cerca del borde del disipador, el calor se puede transferir más fácilmente por el borde, reduciendo así la resistencia de difusión.

Nota: La resistencia térmica de difusión se refiere a la resistencia que se encuentra en el diseño de un disipador de calor cuando el calor se difunde desde el centro de la fuente de calor hacia los bordes. Este fenómeno suele ocurrir cuando hay una gran diferencia entre el área de la fuente de calor y el área de la base, lo que hace que el calor deba difundirse de una zona más pequeña a una zona más grande.

3-Proceso de conexión entre las aletas y la placa base

El proceso de conexión entre las aletas y la placa base del disipador generalmente involucra varios métodos para asegurar una buena conductividad térmica y estabilidad mecánica. Se divide principalmente en dos categorías: integrado y no integrado.

En los disipadores integrados, las aletas y la placa base forman una sola pieza, sin resistencia térmica de contacto. Los métodos principales son los siguientes:

l Moldeo por inyección de aluminio: Al fundir el lingote de aluminio en estado líquido, se introduce a alta presión en un molde metálico, permitiendo que el disipador se forme directamente en la máquina de inyección, creando aletas con formas complejas.

l Extrusión de aluminio: Luego de calentar el aluminio, se coloca en un cilindro de extrusión y se aplica presión para que fluya a través de un molde específico, obteniendo un material bruto con la forma y tamaño de sección deseado, y se somete a procesos adicionales de corte y acabado.

l El tratamiento de forjado en frío tiene la ventaja de poder crear aletas de disipación finas con un alto coeficiente de conductividad térmica, aunque a un costo relativamente mayor. Es más adecuado para formas especiales en comparación con la extrusión de aluminio.

l Los disipadores con aletas fabricadas por fresado pueden ser de cobre, con alta conductividad térmica, y las aletas pueden ser muy finas. Las aletas se levantan directamente de la placa base con una herramienta, aunque altas tensiones pueden causar deformación si son muy largas o altas.

En la fabricación no integrada, las aletas de refrigeración y la placa base se procesan por separado y luego se ensamblan mediante soldadura, remachado o pegado. Los principales métodos son:

l Soldadura: Las aletas y la placa base se conectan mediante un material de soldadura, que incluye soldadura a alta temperatura y soldadura con pasta de estaño a baja temperatura;

La soldadura tiene buenas propiedades de transferencia de calor; al soldar sustratos de Al y aletas, se requiere un recubrimiento de níquel, lo que aumenta el costo y no es adecuado para disipadores de gran tamaño; al usar soldadura, no se necesita recubrimiento de níquel, pero el costo de soldadura sigue siendo alto.

l Remachado: Las aletas se insertan en la ranura de la placa base, luego la ranura se presiona hacia el centro mediante un molde, asegurando así un ajuste firme y una conexión sólida con las aletas de refrigeración.

La ventaja del remachado es su buena capacidad de transferencia de calor, pero los productos remachados tienen riesgo de generar espacios y aflojamientos tras un uso repetido; se puede mejorar el proceso de remachado para aumentar la fiabilidad, pero esto también incrementa los costos. Por lo tanto, los disipadores remachados se utilizan comúnmente en situaciones donde no se requieren altos niveles de fiabilidad.

l Adhesión: Generalmente se utiliza resina epóxica conductora de calor para pegar firmemente las aletas de refrigeración a la placa base, asegurando así la conducción de calor.

La adhesión utiliza resina epóxica conductora de calor, cuyo coeficiente de conductividad térmica es mucho más bajo que el de las soldaduras, pero es adecuada para aletas más altas, altas proporciones y disipadores de pequeño espaciado. Se puede utilizar en situaciones donde las exigencias de rendimiento térmico no son altas.

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Escenarios de aplicación

Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

Simulación de fluidos

Utilice software de simulación para analizar el rendimiento térmico de disipadores de calor y placas frías

Escenarios de aplicación

Tecnología:Soldadura a medida de perfiles de aluminio

Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

En un sistema de refrigeración líquida, la placa fría se coloca directamente en la parte inferior de la batería o se inserta en el espacio entre las celdas.Una vez que el refrigerante circula, se enfría a través del intercambiador de calor y luego circula de regreso al sistema.

La carcasa del paquete de baterías de aleación de aluminio se compone principalmente de un marco de perfil de aleación de aluminio y una placa inferior de perfil de aleación de aluminio, que se suelda utilizando perfiles extruidos de 6 series.Para garantizar la resistencia y el sellado de la soldadura, a menudo se utiliza la soldadura por fricción y agitación con baja tensión y pequeña deformación. Las piezas estándar adecuadas para perfiles de aleación de aluminio generalmente incluyen manguitos de rosca de alambre, tuercas remachables y tuercas remachables a presión.A excepción de las piezas estándar, el resto está fabricado 100% de aleación de aluminio. La carcasa tiene alta resistencia, peso ligero y buena resistencia a la corrosión.

Los vehículos de nueva energía se refieren a vehículos que utilizan combustibles para vehículos no convencionales como fuentes de energía (o utilizan combustibles para vehículos convencionales y nuevos dispositivos de energía montados en vehículos), integran tecnologías avanzadas en el control y la conducción de la potencia del vehículo y formulan principios de tecnología avanzada con nuevas tecnologías y nuevas estructuras.

Sugerencias de optimización de DFM

Ayudarle a reducir posibles errores y defectos en el proceso de producción y garantizar que el producto cumpla con los estándares de calidad requeridos por el diseño durante la producción

Escenarios de aplicación

Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

Escenarios de aplicación

Tecnología:Soldadura a medida de perfiles de aluminio

Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

Uso de energía limpia:

El clima, el medio ambiente, los recursos y la energía están estrechamente relacionados con la economía nacional y los medios de vida de las personas.Manejar bien estas cuestiones relacionadas determina si la sociedad humana puede desarrollarse de manera sostenible.Bajo la presión de la escasez de energía y la contaminación ambiental, las dos rutas técnicas de los vehículos con baterías de almacenamiento de energía y las pilas de combustible se han convertido en las principales direcciones de desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía.

Automóvil ligero:

Teniendo en cuenta que el 75% del consumo de energía está relacionado con el peso del vehículo, el aligeramiento es un medio técnico importante para que los vehículos de nueva energía ahorren energía, reduzcan el consumo y amplíen la autonomía. El diseño liviano es uno de los factores clave para reducir el consumo de energía del vehículo.El uso de nuevos materiales ligeros, la optimización estructural y la mejora de procesos son los caminos clave para conseguir vehículos ligeros.

Gestión térmica:

Para los vehículos eléctricos con almacenamiento de energía, la gestión térmica se convertirá en una tecnología clave para lograr una carga rápida y aumentar la autonomía.Para los vehículos de pila de combustible de hidrógeno, la gestión térmica y del agua son tecnologías centrales clave en la investigación y el desarrollo de sistemas de energía de pilas de combustible, que tienen un impacto decisivo en el rendimiento, la seguridad y la vida útil del sistema de energía del vehículo.

Por lo general, el aire exterior se utiliza como disipador de calor para transferir el calor generado por el funcionamiento del chip al disipador de calor a través de diferentes medios e interfaces, y disipar el calor.

Gracias a una alta integración, se ha logrado reducir los costos y el peso de los sistemas de propulsión eléctrica. Los principales fabricantes de automóviles a nivel nacional e internacional han adoptado diversas configuraciones de integración para sus sistemas de propulsión eléctrica, incluyendo soluciones "tres en uno", "cuatro en uno", "seis en uno", "siete en uno" y "ocho en uno".En el campo de los sistemas de propulsión de vehículos de nueva energía, Walmate desarrolla y fabrica piezas estructurales de ensamblajes de propulsión de vehículos de nueva energía que integran controles electrónicos, motores, controladores de vehículos, cajas reductoras y productos de carga.

Pruebas de producto

Proporcionamos procedimientos de prueba personalizados para cumplir con los requisitos del cliente

Escenarios de aplicación

Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

Escenarios de aplicación

Tecnología:Soldadura a medida de perfiles de aluminio

Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

IGBT es el componente central del motor de propulsión de los vehículos de nueva energía. Desempeña un papel destacado en la eficiencia, la densidad de potencia y la confiabilidad del propulsor eléctrico del vehículo y puede denominarse el "corazón del automóvil".El principal dispositivo de calefacción en el sistema de control electrónico de los vehículos de nueva energía es el inversor. Su función es invertir la energía CC de la batería en energía CA que puede accionar el motor.Durante este proceso, el IBGT del inversor generará una gran cantidad de calor y su estabilidad térmica se convierte en la clave para evaluar el rendimiento del sistema de accionamiento eléctrico.

Abstracta: Las pilas de combustible de hidrógeno, también conocidas como pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), se utilizan ampliamente en estaciones de carga de vehículos eléctricos, automóviles y otras instalaciones de generación de energía debido a sus ventajas de alta eficiencia, cero emisiones y cero contaminación.Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno emiten entre 3 y 5 veces más calor que los vehículos de combustible tradicionales durante su funcionamiento.Este artículo presenta brevemente las tecnologías actuales relacionadas para la disipación de calor de las pilas de combustible de hidrógeno.

1-Cómo funcionan las pilas de combustible de hidrógeno

Las pilas de combustible de hidrógeno liberan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento, del cual el calor de reacción electroquímica representa aproximadamente el 55%, el calor de reacción electroquímica irreversible representa el 35%, el calor de Joule representa aproximadamente el 10% y el calor de condensación y diversas pérdidas de calor representan aproximadamente 5%.Las pilas de combustible de hidrógeno producen aproximadamente tanto calor como electricidad.Si no se disipa a tiempo, la temperatura dentro de la batería aumentará significativamente, afectando su vida útil.

2-Disipación de calor de la pila de combustible de hidrógeno

En comparación con los vehículos propulsados por combustible, los vehículos con pila de combustible de hidrógeno tienen un mayor poder calorífico y sistemas más complejos.Al mismo tiempo, debido a la limitación de la temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno, la diferencia de temperatura entre las pilas de combustible de hidrógeno y el mundo exterior es pequeña, lo que dificulta que el sistema de disipación de calor disipe el calor.La temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno tiene un impacto significativo en la resistencia al flujo de fluido, la actividad del catalizador, la eficiencia y la estabilidad de la pila, por lo que se requieren sistemas eficientes de disipación de calor.

La tecnología de refrigeración líquida es actualmente la tecnología principal utilizada en las pilas de combustible de hidrógeno en los automóviles.Su objetivo es reducir el consumo de energía de la bomba de agua al reducir la caída de presión del sistema, eliminar el exceso de calor en las celdas de combustible de hidrógeno con un consumo de energía mínimo y optimizar la distribución de los canales de flujo del fluido de trabajo en circulación para reducir las diferencias de temperatura interna y mejorar la uniformidad de la distribución de la temperatura de la batería.

El 90% del calor generado en las pilas de combustible de hidrógeno se elimina mediante el sistema de disipación de calor mediante conducción térmica y convección, mientras que el 10% del calor se disipa al ambiente externo mediante disipación de calor por radiación.Los métodos tradicionales de disipación de calor incluyen refrigeración por aire, refrigeración líquida y disipación de calor por cambio de fase.

3-Transferencia de calor en sistemas PEMFC

3.1Disipación de calor de la pila de baterías

Una vez que se genera calor dentro del PEMFC, el calor se transferirá entre varios componentes dentro del PEMFC y el ambiente externo.La transferencia de calor dentro de la pila de pilas de combustible depende principalmente de la resistencia térmica de cada componente y de la resistencia térmica de contacto entre los diferentes componentes.Dado que la capa de difusión de gas es un "puente" que conecta los principales componentes generadores de calor (electrodos de membrana) y los principales componentes disipadores de calor (placas bipolares), su resistencia térmica y su resistencia térmica de contacto con otros componentes tienen un impacto significativo en la transferencia de calor. rendimiento de transferencia dentro del PEMFC.Además, la resistencia de contacto térmico entre diferentes componentes puede tener un impacto significativo en la transferencia de calor interna de la pila de pilas de combustible.

3.2Transferencia de calor del refrigerante

Los métodos de enfriamiento para celdas de combustible incluyen enfriamiento por aire, enfriamiento por líquido y enfriamiento por cambio de fase.

Los factores que afectan la transferencia de calor del refrigerante incluyen el extremo de la pila de PEMFC, el propio refrigerante y el extremo del disipadores de calor.El refrigerante está en contacto directo con las placas bipolares al final de la pila de PEMFC, por lo que la estructura del canal de flujo de refrigerante tiene un impacto significativo en su transferencia de calor.Además, las propiedades del propio refrigerante también afectarán el proceso de transferencia de calor relacionado.Teniendo en cuenta la falta de espacio disponible, seleccionar un refrigerante con mayor capacidad calorífica puede reducir el tamaño del disipador de calor y mejorar el rendimiento de la gestión térmica del PEMFC.Por tanto, la necesidad de nuevos refrigerantes de alta eficiencia es cada vez más evidente.

Actualizaremos periódicamente la tecnología y la información sobre diseño térmico y peso ligero y las compartiremos con usted para su referencia. Gracias por su atención a Walmate.

     La tendencia a la miniaturización de los dispositivos electrónicos aumenta día a día. Al mismo tiempo, la demanda de más funciones y mayor rendimiento ha promovido aún más la reducción del tamaño de cada nivel de empaque, lo que resulta en un rápido aumento de la densidad de potencia.

      La miniaturización de equipos se basa originalmente en consideraciones de reducción de costos. Las soluciones térmicas aumentarán directamente el peso, el volumen y el costo del producto sin ningún beneficio funcional, pero brindan confiabilidad al producto.La disipación de calor eficaz es fundamental para el funcionamiento estable y la confiabilidad a largo plazo de los productos electrónicos al mantener las temperaturas de los componentes dentro de los límites especificados.

      Por un lado, el resultado de la miniaturización de los equipos es que el margen de diseño es cada vez más pequeño y la tolerancia al sobrediseño es cada vez menor.Por otro lado, la tendencia general hacia la miniaturización ha generado modelos geométricos cada vez más confusos y complejos, profundizando la estrecha integración de componentes mecánicos y electrónicos en los productos. El resultado es que el espacio de flujo se comprime enormemente, limitando así el alcance del calor por convección. disipación, lo que hace que la estructura del disipador de calor, el material central del diseño térmico, se haya vuelto más compleja.

El disipadores de calor es el componente de mejora de la disipación de calor más utilizado en el diseño térmico de equipos electrónicos. El principio de mejora es aumentar el área de intercambio de calor, la densidad del flujo de calor de la fuente de calor y los requisitos de temperatura de los componentes de calefacción. , el tamaño del espacio interno del producto, la instalación del disipadores de calor y el diseño de apariencia y otros requisitos.

El rendimiento del disipadores de calor se ve afectado por muchos factores, como el material, el tamaño geométrico, la planitud del fondo, la resistencia térmica, el tratamiento de la superficie, los métodos de instalación y fijación, y la temperatura y humedad del entorno de trabajo.

1. Material del disipadores de calor

Los principales materiales de los disipadores de calor son: aluminio, aleación de aluminio, cobre, hierro, etc.El aluminio es el elemento metálico más abundante en la naturaleza. Es liviano, tiene una fuerte resistencia a la corrosión y una alta conductividad térmica, lo que lo hace muy adecuado como materia prima para disipadores de calor.Agregar algunos metales al aluminio para formar una aleación de aluminio puede aumentar considerablemente la dureza del material.

El grafito tiene las propiedades de conductividad eléctrica y térmica de los materiales metálicos y, al mismo tiempo, tiene una plasticidad similar a la de los plásticos orgánicos y se utiliza además en electrónica, comunicaciones, iluminación y otros campos.

2.Tecnología de fabricación de disipadores de calor.

La tecnología de procesamiento del disipadores de calor incluye principalmente CNC, extrusión de aluminio, skiving, inserción de aletas, etc.

       Extrusión de aluminio: los disipadores de calor de extrusión de aluminio se fabrican calentando lingotes de aluminio a aproximadamente 460 °C, lo que permite que el aluminio semisólido fluya a través de una matriz de extrusión con ranuras a alta presión, y extruye la forma inicial del disipadores de calor, y luego corta y procesa más. El proceso de extrusión de aluminio no puede garantizar con precisión la planitud y otros requisitos dimensionales del disipadores de calor, por lo que generalmente requiere un procesamiento adicional en una etapa posterior.

Skiving: Los skiving se fabrican paleando tiras largas de placas de metal (generalmente aleación de aluminio o aleación de cobre) en un cierto ángulo para cortar el material en pedazos y enderezarlos con cortes repetidos para formar una estructura de aleta recta. proceso, la ventaja de los aletas es que puede procesar disipadores de calor con una mayor densidad de aletas y una mayor relación múltiple de altura de aletas.

Inserción de aletas: El procesamiento del disipadores de calor con forma de engranajes consiste en insertar los dientes en la placa base del disipadores de calor y utilizar soldadura con pegamento, soldadura fuerte o extrusión para conectar los dientes a la base; Muy importante, si no se maneja adecuadamente, se puede formar una cierta resistencia térmica de contacto, lo que afecta el rendimiento de disipación de calor del skived-fin disipadores de calor.

3. Tratamiento de la superficie del disipadores de calor      

Las aleaciones de aluminio se oxidan fácilmente en el aire (formando películas de óxido de aluminio), pero esta capa de óxido natural no es densa, tiene una resistencia a la corrosión débil y es propensa a la contaminación según requisitos como la estética, la resistencia a la corrosión y un rendimiento mejorado de disipación de calor; Los disipadores de calor metálicos requieren un tratamiento de superficie. Los procesos comunes de tratamiento de superficies incluyen: anodizado, chorro de arena, niquelado químico y pintura al horno, etc.

Anodizado: El principio de anodizado es esencialmente la electrólisis del agua. Se utiliza aluminio o aleación de aluminio como ánodo en una solución dieléctrica, y el proceso de utilizar la electrólisis para formar una película de óxido de aluminio en la superficie se denomina anodizado de aluminio o aleación de aluminio; Más tarde, la emisividad de la superficie del disipadores de calor aumentará y se mejorará la capacidad de disipación de calor de la radiación térmica. El anodizado puede mantener o cambiar el color del aluminio/aleación de aluminio, y los disipadores de calor son en su mayoría anodizados en negro.

Arenado: El arenado se refiere al proceso de utilizar aire comprimido como energía y utilizar el impacto del flujo de arena de alta velocidad para limpiar y raspar la superficie del disipadores de calor. A través del impacto y el efecto de corte en la superficie, este proceso no solo puede eliminar el. óxido en la superficie del disipadores de calor, etc. Se elimina toda la suciedad y la superficie del producto puede mostrar un brillo metálico uniforme.

Niquelado electrolítico: el niquelado electrolítico es un proceso de depósito de aleación de níquel de una solución acuosa sobre la superficie de un objeto. Se caracteriza por una alta dureza superficial, buena resistencia al desgaste, un recubrimiento uniforme y hermoso y una fuerte resistencia a la corrosión; El aluminio no se puede soldar directamente, por lo que se requiere niquelado no electrolítico antes de poder realizar la soldadura mediante soldadura y otros procesos.

Pintura para hornear: La pintura para hornear consiste en agregar un recubrimiento especial de alto rendimiento llamado teflón a la superficie del disipadores de calor a alta temperatura (280 ℃ ~ 400 ℃). Hace que la superficie del disipadores de calor sea antiadherente, resistente al calor y resistente a la humedad. resistente, resistente al desgaste y a la corrosión en comparación con el proceso tradicional de pintura en aerosol, la pintura horneada tiene ventajas en apariencia y conductividad térmica. Sin embargo, los disipadores de calor de tubos de calor son propensos a expandirse y deformarse debido a las altas temperaturas, por lo que el horneado a baja temperatura. La pintura debe usarse especialmente al hornear.

A medida que la potencia a procesar continúa aumentando, los disipadores de calor están comenzando a combinarse con tubos de calor, aletas y otros dispositivos para formar módulos de enfriamiento de mayor rendimiento, y han surgido disipadores de calor enfriados por agua con mayor eficiencia de disipación de calor.

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    Abstracto：El principal dispositivo de calefacción en el sistema de control electrónico de los vehículos de nueva energía es el inversor. Su función es invertir la energía CC de la batería en energía CA que puede accionar el motor. Durante este proceso, el IBGT del inversor generará mucho calor.Para resolver el problema de disipación de calor de estos dispositivos, este artículo presentará el principio de funcionamiento del inversor y la tecnología avanzada de refrigeración líquida.

1-Aplicación de 1-IGBT en el sistema de control electrónico de vehículos eléctricos

Como unidad de conversión de energía eléctrica que conecta la batería y el motor de accionamiento en vehículos de nueva energía, el sistema de control electrónico es el núcleo del control y accionamiento del motor.Como dispositivo que conecta baterías de alto voltaje y energía del motor y se convierte entre sí, el inversor es un convertidor responsable de convertir la energía CC (batería, batería de almacenamiento) en frecuencia fija y voltaje constante o voltaje y frecuencia regulada. -Corriente alterna regulada (generalmente 220V, onda sinusoidal de 50Hz), que garantiza la conversión de energía eléctrica de los vehículos de nueva energía.

El módulo de potencia IGBT en el inversor juega un papel muy importante en este proceso. El IGBT generará mucho calor durante el proceso de conversión de energía. Cuando la temperatura del IGBT supera los 150 °C, el IGBT no puede funcionar, por lo que se refrigera por aire o. Se requiere refrigeración por aire.La estabilidad térmica del funcionamiento de los IGBT se ha convertido en la clave para evaluar el rendimiento de los sistemas de propulsión eléctrica.

Además de los sistemas de control electrónico, los IGBT también se utilizan ampliamente en sistemas de control de aire acondicionado a bordo y sistemas de pilas de carga en vehículos de nueva energía:

Como componente técnico central de vehículos eléctricos y pilas de carga y otros equipos.El módulo IGBT representa casi el 10% del coste de los vehículos eléctricos y alrededor del 20% del coste de las pilas de carga, y su estabilidad térmica se ha convertido en la clave para evaluar el rendimiento del sistema de propulsión eléctrica.

2-Tecnología de refrigeración líquida IGBT

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1-Introducción

    Debido a su importante papel en el equilibrio del proceso de la red eléctrica y la mejora de la tasa de utilización de nueva energía, los sistemas de almacenamiento de energía se han convertido en la fuerza líder en la promoción del desarrollo y la transformación de la energía mundial.La tecnología es madura, el período de construcción es corto, la potencia y la energía se pueden configurar de manera flexible según las diferentes necesidades de la aplicación, la velocidad de respuesta de carga y descarga es rápida y se puede utilizar en una variedad de ocasiones.

Durante el proceso de carga y descarga del sistema de almacenamiento de energía, se generará calor. Si la disipación de calor no es buena, la temperatura de la batería será demasiado alta o la diferencia de temperatura de la batería será grande, lo que puede reducir su vida útil. y, en casos graves, pueden producirse problemas de seguridad, como fugas térmicas.

Este artículo, tomando como referencia un proyecto real, establece un modelo de simulación termo-fluido basado en las dimensiones reales de un paquete de baterías. Se analiza en detalle la distribución de presión, velocidad y temperatura en todo el sistema de enfriamiento, determinando la carga térmica del sistema y proporcionando sugerencias para optimizar la estructura de los canales de refrigeración líquida en la placa fría de la batería.

2-Resumen del proyecto

2.1 Información ambiental

2.2Información de especificación del dispositivo de fuente de calor 

2.3Silicona termoconductora

3-Modelo de disipación de calor

El paquete de baterías utiliza refrigeración líquida para disipar el calor y consta de 72 celdas de 280 AH y una placa de refrigeración líquida.Las dimensiones de la placa de refrigeración líquida son: largo 1570 mm, ancho 960 mm, alto 42 mm y 24 canales de flujo en su interior.El modelo de disipación de calor del paquete de baterías se muestra a continuación:

4-Resultados de la simulación en condiciones de entrada de agua de 8 l/min

La distribución de temperatura del núcleo de la batería es de 18,38-28,77 °C. Entre ellos, el rango de distribución de temperatura del núcleo de la batería de mayor temperatura es de 21,46-26,37 °C y el rango de distribución de temperatura del núcleo de la batería de menor temperatura es de 18,76-26,37 ℃Como se muestra en la Figura (a):

La distribución de temperatura de la placa de refrigeración líquida es de 18,00 a 21,99 ℃, como se muestra en la Figura (b):

La resistencia al flujo es de aproximadamente 17 KPa. El perfil de presión de la placa de enfriamiento de líquido es como se muestra en (c), y el perfil de velocidad de la placa de enfriamiento de líquido es como se muestra en (d):

5-Conclusión

En esta solución, la temperatura general está entre 18,38 y 28,77 ℃, la diferencia de temperatura entre el núcleo más alto y el más bajo de la batería es de 2,4 ℃ y la temperatura general de la placa de refrigeración líquida está entre 18,00 y 21,99 ℃. La uniformidad de la temperatura aún debe mantenerse. optimizarse y hay muchas áreas de alta temperatura.

Al comparar los perfiles de presión y velocidad de la placa enfriada por líquido, se puede ver que las áreas de alta temperatura de la placa enfriada por líquido se distribuyen principalmente en áreas con menor presión y velocidad.Combinado con la posición de disposición de las celdas de la batería, se puede ver que el margen de ancho de la placa de enfriamiento de líquido es grande. Se recomienda bloquear los dos canales de flujo más externos de la placa de enfriamiento de líquido o reducir adecuadamente el ancho del líquido. Placa de enfriamiento para lograr un mejor efecto de disipación de calor.

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Los automóviles y el almacenamiento de energía en baterías han ganado oportunidades de rápido desarrollo.

Su componente principal, la batería de energía, es una fuente de energía química que es altamente sensible a la temperatura y necesita funcionar en un ambiente de temperatura adecuada.Durante el proceso de carga y descarga de la batería, se generará una gran cantidad de calor debido a la impedancia interna.Además, la batería se encuentra en un entorno relativamente cerrado.Facilita la acumulación de calor, aumenta la temperatura e incluso provoca fuga térmica.Por lo tanto, un sistema de refrigeración de la batería eficiente y seguro se ha vuelto particularmente importante.

Actualmente, existen tres soluciones de refrigeración de baterías: refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración directa por refrigerante.

La estructura es relativamente simple y el costo es bajo, lo que lo hace adecuado para escenarios con pequeña capacidad de batería y baja presión de disipación de calor.

En términos de uso real, el medio líquido tiene un alto coeficiente de transferencia de calor, una gran capacidad calorífica y una velocidad de enfriamiento rápida, por lo que tiene un mejor efecto para mejorar la uniformidad de la temperatura de la batería.Las soluciones de refrigeración líquida son actualmente la solución principal.

La tecnología de enfriamiento directo de refrigerante puede mejorar aún más el efecto de enfriamiento de la batería, pero el diseño de temperatura uniforme del evaporador de la batería es una dificultad técnica.El requisito general es que la diferencia de temperatura entre las celdas de la batería en el sistema de batería no debe exceder los 5 °C (condiciones de refrigeración + condiciones de calefacción).En la actualidad, la refrigeración directa por refrigerante aún no se ha convertido en una solución de diseño convencional en la industria.

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