Les bacs à batterie, également appelés boîtes à batterie ou boîtes PACK, sont de plus en plus considérés comme un élément très important dans le développement de nouveaux véhicules à énergie. La conception des bacs à batterie doit équilibrer la relation entre des facteurs tels que le poids, la sécurité, le coût et les performances des matériaux. Les alliages d'aluminium sont largement utilisés dans l'ingénierie légère des automobiles en raison de leur faible densité et de leur résistance spécifique élevée, qui peuvent assurer la rigidité tout en garantissant les performances de la carrosserie du véhicule.

1-Emplacement et sélection de la méthode de soudage du bac à batterie

Les plateaux de batterie en aluminium sont constitués de profilés en aluminium extrudé et les différents composants sont assemblés en un tout par soudage pour former une structure de cadre complète. Des structures similaires sont également largement utilisées dans les boîtiers de stockage d'énergie.

Les pièces à souder du bac à batterie comprennent généralement l'épissure de la plaque inférieure, la connexion entre la plaque inférieure et le côté, la connexion entre le cadre latéral, les poutres horizontales et verticales, le soudage des composants du système de refroidissement liquide et le soudage des accessoires tels que les supports et les oreilles de suspension. Lors de la sélection des méthodes de soudage, différentes méthodes de soudage seront sélectionnées en fonction des différentes exigences matérielles et structurelles, voir le tableau ci-dessous :

2-Analyse de l'influence de la déformation thermique de soudage

Le soudage est une méthode de traitement thermique locale. Étant donné que la source de chaleur est concentrée au niveau de la soudure, la répartition de la température sur la soudure est inégale, ce qui conduit finalement à une déformation de la soudure et à des contraintes de soudage à l'intérieur de la structure soudée. La déformation thermique de soudage est le phénomène selon lequel la forme et la taille des pièces soudées changent en raison d'un apport et d'une sortie de chaleur inégaux pendant le processus de soudage. En combinaison avec l'expérience réelle des projets d'ingénierie, les pièces sujettes à la déformation thermique de soudage et les facteurs d'influence sont résumés :

l Zone de soudure longue et droite

En production réelle, la plaque inférieure du bac à batterie est généralement constituée de 2 à 4 profilés en alliage d'aluminium assemblés par soudage par friction-malaxage. Les soudures sont longues, et il existe également de longues soudures entre la plaque inférieure et la plaque latérale, et entre la plaque inférieure et la poutre d'espacement. Les soudures longues sont sujettes à une surchauffe locale dans la zone de soudage en raison de l'apport de chaleur concentré, ce qui entraîne une déformation thermique.

Soudure du cadre du bac à batterie

l Épissage en plusieurs parties

Il est causé par un échauffement local à haute température et un refroidissement ultérieur pendant le processus de soudage au niveau de la soudure multicomposant. Pendant le processus de soudage, la soudure est soumise à un apport de chaleur inégal, ce qui entraîne une différence de température importante entre la zone de soudure et le matériau parent environnant, ce qui provoque des effets de dilatation et de contraction thermiques, provoquant une déformation des pièces soudées. L'extrémité d'installation électrique du boîtier de stockage d'énergie est généralement équipée d'une buse à eau, d'un support de faisceau de câbles, d'une poutre, etc., et les soudures sont denses et très faciles à déformer.

Dans la zone de soudage intensive, la face avant de la palette est déformée

l Paroi latérale du canal de la plaque froide

Dans le bac à batterie avec conception intégrée de plaque de refroidissement liquide, les pièces ayant une rigidité structurelle plus faible, telles que les plaques minces et les structures tubulaires, ne peuvent pas bien résister à la déformation thermique pendant le soudage et sont sujettes à la déformation. Par exemple, la paroi latérale du canal d'écoulement de la plaque de refroidissement liquide est très fine, généralement d'environ 2 mm seulement. Lors du soudage de poutres, de supports de faisceau de câbles et d'autres pièces sur la surface de montage du module, il est facile de provoquer des fissures et des plis de déformation sur la paroi latérale du canal d'écoulement, ce qui affecte les performances globales.

Défauts de fissures thermiques sur la paroi du canal de refroidissement liquide causés par le soudage par faisceau

3- Méthode de contrôle de la déformation thermique du soudage

l Soudure segmentée, soudure double face

Pour les pièces ayant des exigences de résistance relativement faibles, le soudage segmenté est adopté et le processus de soudage est divisé en plusieurs petites sections. Les soudures sont disposées symétriquement et les soudures sont disposées symétriquement près de l'axe neutre dans la section de construction, de sorte que les déformations causées par les soudures peuvent se compenser. Dans le même temps, la longueur et le nombre de soudures sont minimisés et une concentration ou un croisement excessif des soudures est évité, ce qui peut réduire le gradient de température de soudage et ainsi réduire la déformation de soudage. Pour les pièces ayant des exigences de résistance élevées telles que la plaque inférieure, la plaque inférieure et le cadre latéral, le soudage double face est adopté pour augmenter la résistance tout en réduisant la déformation de flexion causée par les grandes pièces et les longues soudures.

l Optimisation de la séquence de soudage

Contrôlez la déformation des soudures, utilisez des joints à faible rigidité, évitez les soudures croisées à deux et trois voies et évitez les zones à forte contrainte. Optimisez la séquence de soudage, soudez d'abord les zones à faible rigidité et les zones à meilleure rigidité en dernier, par exemple en soudant d'abord les soudures d'angle, puis les soudures courtes et enfin les soudures longues ; soudez d'abord les soudures transversales, puis les soudures longitudinales. Une séquence de soudage raisonnable peut contrôler efficacement la déformation des soudures, contrôlant ainsi les dimensions des soudures.

l Réglage des paramètres de soudage

Contrôlez les paramètres et les processus de soudage et définissez raisonnablement la vitesse de soudage, le nombre de couches de soudage et l'épaisseur de chaque soudure. Pour les soudures plus épaisses, utilisez des méthodes de soudage multicouches et multicanaux, et l'épaisseur de chaque couche de soudure ne doit pas dépasser 4 mm. Le soudage multicouche peut réduire la microstructure structurelle et améliorer les performances des joints. Contrôlez avec précision les paramètres de soudage et sélectionnez raisonnablement des paramètres tels que le courant de soudage, la tension, le modèle d'électrode et la vitesse de soudage pour garantir une forme et une taille cohérentes du bain de fusion, évitant ainsi les erreurs causées par une sélection incorrecte des paramètres.

l Amélioration des compétences en soudage

Améliorer les compétences opérationnelles du soudeur (utiliser le traitement mécanique pour les gros composants ou les nœuds avec des exigences strictes) pour assurer la cohérence et la standardisation des actions pendant le soudage et réduire les problèmes dimensionnels causés par les facteurs humains.

Nous mettrons régulièrement à jour les informations et technologies relatives à la conception thermique et à l’allègement. Merci de votre intérêt pour Walmate.

Pour répondre aux exigences du marché telles que les grandes portées, les itérations rapides et les gammes de produits riches, tout en garantissant la réduction des coûts, l'amélioration de l'efficacité et l'assurance qualité, la standardisation des produits et la plateformisation des véhicules constituent sans aucun doute une bonne stratégie pour l'industrie automobile. Grâce à la plateformisation des batteries, la même solution de pack de batteries peut être adaptée à différents modèles, ou des solutions de pack de batteries composées du même type de cellules de batterie et de structures similaires peuvent être adaptées. Cela signifie qu'il est possible de standardiser autant de pièces que possible, ce qui peut raccourcir le cycle de développement, réduire les coûts, rationaliser les lignes de production et améliorer l'efficacité de la production.

Premièrement : la plateformisation des batteries

The battery platform solution is conducive to the overall planning of products, cost reduction and optimization of production capacity. According to the battery platform strategy of the vehicle platform, it is necessary to consider the intersection and bandwidth of the requirements of each model of the platform, and use as few batteries and battery solutions as possible to be compatible with as many models as possible. In the architecture development of pure electric projects, it is crucial to reasonably arrange the integrated power battery pack. Specific work elements include power and power performance requirements, collision safety, layout location and space, etc.

1-Limites de taille spatiale et normalisation des cellules de batterie

l Emplacements disponibles pour les packs de batteries

Actuellement, la disposition principale des batteries d'alimentation se situe sous le plancher, notamment sous les sièges avant, sous les sièges arrière, dans le canal central et au niveau du repose-pieds. Cette disposition permet de maximiser la surface disponible, d'aider à abaisser le centre de gravité du véhicule, d'améliorer la stabilité de conduite du véhicule et d'optimiser le chemin de transmission de la force de collision.

Figure 1 : Disposition des batteries lors du développement des véhicules électriques

l Évolution de l'agencement de l'espace des batteries

Pack de batteries divisé : un espace de pack de batteries divisé est adopté, comme la série JAC Tongyue. Le module d'énergie se compose de deux packs de batteries, l'un placé à l'emplacement d'origine du réservoir de carburant et l'autre placé dans le coffre où est stockée la roue de secours.

De plus, les ingénieurs continuent d'explorer les espaces utilisables dans la structure originale des voitures à combustion, et la disposition des batteries prend des formes en "工", en "T" et en "土".

Ce type de conception est une modification mineure d'un véhicule à carburant traditionnel. L'espace est très limité, et le volume et le poids de la batterie qui peut être chargée sont très limités, de sorte que la capacité est difficile à augmenter et l'autonomie de croisière n'est pas élevée.

Pack de batteries intégré : il s'agit d'un nouveau concept de conception de produit. La conception de l'ensemble du véhicule s'articule autour du composant principal : le pack de batteries. Le pack de batteries est conçu de manière modulaire et posé à plat sur le châssis du véhicule pour optimiser l'espace disponible.

l Disposition des points d'installation du pack de batteries

La disposition raisonnable du bloc-batterie est cruciale, et les facteurs limitants dans la conception sont la garde au sol, la praticabilité, la sécurité en cas de collision, les besoins en énergie et de nombreux autres aspects.

Figure 2 : Contraintes de conception de la taille du bloc-batterie

La plate-forme du véhicule doit définir la catégorie, le niveau et le positionnement de chaque modèle de véhicule au sein de la plate-forme, puis déterminer la taille et l'empattement du véhicule. La disposition du véhicule décompose l'enveloppe de taille du bloc-batterie dans les directions X, Y et Z en fonction de l'espace du véhicule. La batterie doit être disposée dans l'enveloppe donnée du véhicule pour garantir qu'il n'y a pas d'interférence entre les différents systèmes du véhicule. L'indice de poids à vide peut décomposer les exigences de qualité du système du bloc-batterie.

En termes de taille de batterie, la conception des packs de batteries d'alimentation ne peut pas éviter des indicateurs de référence rigides tels que l'espace du véhicule et le poids à vide, ce qui signifie qu'il existe un seuil pour la conception des cellules de batterie. Limitée par ce seuil, la taille des cellules de batterie sera concentrée dans une certaine plage, par exemple : la longueur des cellules de batterie carrées varie de 150 à 220 mm, la largeur varie de 20 à 80 mm et la hauteur varie d'environ 100 mm. L'évolution de la tendance des spécifications de taille des cellules de batterie est le résultat de la relation complémentaire entre la plateformisation des véhicules et la normalisation des batteries.

Cependant, les stratégies de plate-forme de batterie, les modèles de véhicules et la compréhension de la normalisation des différents constructeurs automobiles sont différents, ce qui entraîne des différences significatives dans les solutions de produits actuelles. Par exemple, la stratégie de normalisation de BYD consiste à remplacer entièrement la batterie à lame, dont la taille est fixée à 960*13,5 (14)*90 (102) mm, et la tension d'une cellule est de 3,2/3,3 V.

2- Développement de limites d'endurance et de solutions de capacité de batterie

La batterie d'alimentation fournit l'énergie nécessaire au déplacement du véhicule : la capacité de la batterie, la profondeur de décharge et la densité énergétique affectent la quantité d'énergie disponible. Afin de répondre aux besoins des différents modèles, la différence de consommation d'énergie des modèles est devenue une préoccupation importante. L'autonomie de croisière du véhicule sera affectée par des facteurs tels que la propulsion électrique, la batterie, le poids à vide, la résistance au vent, la résistance mécanique, la consommation d'énergie basse tension et la récupération d'énergie. La possibilité de partager des solutions de batterie entre des modèles présentant de grandes différences de consommation d'énergie est faible, il est donc nécessaire de développer des solutions d'alimentation de batterie personnalisées, notamment la taille, la qualité, la puissance et l'optimisation des performances de la batterie pour répondre aux exigences de performances de croisière.

Compte tenu des contraintes liées à l'autonomie purement électrique de la plateforme de fabrication du véhicule, la décharge nette requise par la batterie sera affectée par la consommation électrique des différents modèles. Il est nécessaire de confirmer la répartition de la consommation électrique de chaque modèle sur la plateforme afin de convertir davantage la bande passante de consommation électrique en répartition de la demande de batterie, puis de déterminer le plan d'alimentation de la batterie requis par la plateforme.

3-Limite de performance à 3 puissances

Les performances dynamiques du véhicule complet incluent les performances en termes d'accélération, de vitesse constante et de maintien de la charge électrique à différents niveaux de SOC et différentes températures ambiantes.  Cela se traduit, au niveau de la batterie, par les caractéristiques puissance-tension de la batterie pour différents SOC et températures. La puissance de la batterie correspond aux exigences de puissance du système de propulsion du véhicule, et sa tension correspond à la tension nominale requise par le moteur de traction.

En règle générale, l'évaluation des solutions de batterie pour l'ensemble de la plateforme du véhicule commence à partir du temps d'accélération de 100 kilomètres à température normale et à puissance élevée et de sa décomposition de l'indicateur de batterie, et s'étend progressivement à la décomposition de l'indicateur de batterie sur toute la plage et dans toutes les conditions de fonctionnement.

DEUXIÈME : Développement d'un boîtier de batterie

1-Intégration et modularisation des batteries

Optimiser la conception des modules de batterie, améliorer l'intégration et la modularité des packs de batteries, réduire les composants inactifs et augmenter la densité énergétique des packs de batteries.

Les technologies d'intégration de batteries les plus répandues actuellement sont les suivantes : CTP, CTB, CTC et autres. La forme, le matériau et la combinaison des pièces ont changé avec l'avancement de la technologie d'intégration. L'orientation générale est l'intégration et l'intégration. En réduisant le nombre de pièces indépendantes et en utilisant une grande pièce pour remplacer plusieurs pièces, des composants plus grands et plus fonctionnels sont formés.

2-Conception du boîtier de batterie

Le boîtier de batterie est le support de l'ensemble du système de batterie d'alimentation, joue un rôle clé dans le fonctionnement sûr et la protection du produit, et affecte directement la sécurité de l'ensemble du véhicule. La conception structurelle du boîtier de batterie comprend principalement la sélection des matériaux de coque pour la coque supérieure, la coque inférieure et d'autres composants du boîtier de batterie, ainsi que la sélection des solutions de processus de fabrication. Le couvercle supérieur du boîtier de batterie joue principalement un rôle d'étanchéité et n'est pas soumis à beaucoup de force ; le boîtier inférieur du boîtier de batterie est le support de l'ensemble du produit du système de batterie d'alimentation, et le module de batterie est principalement disposé dans le boîtier inférieur. Par conséquent, il doit y avoir des mesures structurelles telles que des rainures et des déflecteurs intégrés à l'intérieur du boîtier de batterie pour garantir que le module de batterie est fixé de manière fiable lorsque le véhicule roule, et qu'il n'y a aucun mouvement dans les directions avant, arrière, gauche, droite, haut et bas, afin d'éviter tout impact sur les parois latérales et le couvercle supérieur et d'affecter la durée de vie du boîtier de batterie.

Figure 3 : Solution de boîtier inférieur de batterie, cadre a-skin, soudage b-FSW + cadre, soudage c-FSW + cadre

l Conception de la structure du point d'installation de la batterie et fixation de la connexion

Le point d'installation du bloc-batterie adopte généralement une structure de poutre de montage, qui traverse l'avant et l'arrière, et l'extrémité avant est reliée à la poutre longitudinale de la cabine avant pour former une structure de poutre fermée efficace et cohérente. Les points d'installation sont disposés de manière raisonnable en fonction de la répartition du poids du bloc-batterie. Le bloc-batterie et le véhicule sont fixés de diverses manières, notamment par fixation par boulon, fixation mécanique + connexion hybride à joint adhésif, connexion par encliquetage, etc.

Figure 4 : Section de disposition et d'installation du bloc-batterie

Le bloc-batterie est généralement installé sur le véhicule au moyen de plusieurs structures à œillets de levage. En plus du poids important du bloc-batterie lui-même, les œillets de levage doivent également résister aux excitations routières provoquées par le mouvement du véhicule, telles que les routes en pierre et les nids-de-poule profonds. De telles conditions de travail durables et de mauvaises conditions d'utilisation imposent des exigences plus élevées en matière de résistance de la structure à œillets de levage.

Figure 5 : Différentes solutions de connexion d'oreilles de levage : a Oreille de levage soudée b Oreille de levage à cadre extrudé en aluminium

l Structure de sécurité et de protection du boîtier de batterie

Résistance mécanique et protection : Le boîtier de batterie doit avoir une résistance mécanique suffisante pour protéger les batteries à l'intérieur des chocs et impacts mécaniques. Le boîtier de batterie doit être capable de résister aux vibrations, à l'extrusion et aux chocs mécaniques pour garantir la sécurité de la batterie dans diverses conditions.

Protection contre les collisions : la conception du boîtier de la batterie doit tenir compte de la sécurité en cas de collision, en particulier en cas de collision latérale et de collision par le bas. Il est généralement fabriqué en aluminium ou en acier et relié au plateau inférieur par un cadre extérieur pour assurer la rigidité structurelle et améliorer les capacités d'absorption de l'énergie de collision. De plus, des structures d'absorption de collision appropriées doivent être conçues pour éviter la déformation du boîtier de la batterie et l'endommagement des cellules de la batterie.

Étanche, anti-poussière et anti-corrosion : le boîtier de batterie doit être étanche à l'eau et à la poussière, et utilise généralement des joints d'étanchéité de niveau IP67 pour assurer l'étanchéité à l'air. En outre, des mesures anticorrosion doivent également être envisagées, telles que la pulvérisation d'un revêtement en PVC à l'extérieur pour améliorer la résistance à la corrosion.

Conception antidéflagrante et de décharge de pression : lorsqu'une batterie explose, l'énergie doit être libérée de manière concentrée et directionnelle à l'aide de dispositifs tels que des vannes antidéflagrantes équilibrées pour éviter qu'elle ne pénètre dans la cabine du client. De plus, des mesures antidéflagrantes (telles que la destruction structurelle partielle) doivent être prises pour éviter la rupture globale de l'équipement.

l Conception étanche

La conception de la surface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur du boîtier de batterie joue un rôle important dans les performances d'étanchéité, et sa conception doit être conçue en même temps que la structure du boîtier de batterie et la bague d'étanchéité. La surface d'étanchéité doit être maintenue dans le même plan autant que possible pour éviter trop de structures courbes. Étant donné que le couvercle supérieur et le boîtier inférieur sont reliés par des boulons, un grand nombre de boulons sont utilisés, il est donc particulièrement important de garantir la coaxialité des trous. Tout en organisant raisonnablement les positions des trous de boulon, les dimensions de la position doivent être aussi rondes que possible et disposées symétriquement dans les directions X et Y. Le choix du nombre de boulons de connexion doit être soigneusement étudié en fonction du niveau d'étanchéité et de la quantité de travail de démontage et d'assemblage.

Figure 6 : Conception d'étanchéité du boîtier supérieur et inférieur, 1-couvercle supérieur de la batterie 2-joint d'étanchéité 3-couvercle inférieur de la batterie 4-conduit métallique

l Sécurité électrique et protection contre les courts-circuits

Fiabilité des connexions : Les connecteurs à l'intérieur du boîtier de batterie doivent avoir la connexion de polarité correcte pour garantir la capacité de surintensité du boîtier de batterie et la fiabilité des connexions électriques/mécaniques, y compris les mesures de relaxation, etc.

Conception d'isolation électrique et de résistance à la tension : la conception du module adopte une double protection d'isolation. La cellule de batterie elle-même possède une couche de film bleu de cellule de batterie et un patch supérieur de cellule de batterie pour répondre aux exigences d'isolation et de résistance à la tension. La protection d'isolation et de résistance à la tension est placée entre la plaque d'extrémité/latérale et la cellule de batterie, et entre la cellule de batterie et la surface de montage inférieure.

l Conception de la gestion thermique

Le développement de la gestion thermique des batteries s'étend sur l'ensemble du cycle de conception et de développement du système de batterie, y compris la conception du contrôle de la température de la batterie, de la plaque froide, du système de tuyauterie, etc. L'objectif principal de la conception du système de gestion thermique de la batterie est de garantir que le système de batterie fonctionne à une température de fonctionnement relativement appropriée grâce au contrôle du chauffage ou du refroidissement tout en tenant compte de l'agencement de l'espace, du coût de conception, du poids léger, etc., tout en réduisant la différence de température entre les cellules pour assurer la cohérence.

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La batterie est la principale source d'énergie des véhicules à énergie nouvelle, elle fournit la puissance motrice à l'ensemble du véhicule. Nous évaluons généralement les avantages et les inconvénients de la technologie des batteries en fonction des dimensions de l'efficacité (densité énergétique), de la sécurité, des coûts de fabrication et de maintenance.

Dans la conception des batteries, la tension d'une seule cellule n'est que d'environ 3 à 4 V, alors que la tension requise par les véhicules électriques est d'au moins 100 V. Les nouvelles voitures ont même maintenant une tension de 700 V/800 V, et la puissance de sortie est généralement de 200 W, il faut donc suralimenter la batterie. Afin de répondre aux exigences de courant et de tension des véhicules électriques, différentes cellules doivent être connectées en série ou en parallèle.

Le bloc-batterie est composé de cellules de batterie, de systèmes électroniques et électriques, de systèmes de gestion thermique, etc., qui sont enfermés dans une structure de cadre de batterie - plaque de base (plateau), cadre (cadre métallique), plaque de recouvrement supérieure, boulons, etc. La manière de « conditionner » ces composants et systèmes dans un tout de manière plus efficace et plus sûre a toujours été un sujet de recherche et d'exploration continue pour l'ensemble de l'industrie.

Article précédent : Innovation et développement de la technologie d'intégration des batteries

L'origine de la technologie des groupes de batteries d'alimentation remonte aux années 1950 et est originaire de l'ex-Union soviétique et de certains pays européens. Cette technologie était à l'origine utilisée comme concept d'ingénierie et de fabrication pour déterminer les similitudes physiques des pièces (voies de processus universelles) et établir leur production efficace.

Le cœur de la technologie de groupe (GT) est d'identifier et d'explorer les similitudes des éléments connexes dans les activités de production, de classer les problèmes similaires en groupes et de rechercher des solutions optimales relativement unifiées pour résoudre ce groupe de problèmes afin d'obtenir des avantages économiques. Dans le domaine des batteries électriques, la technologie de groupe implique principalement la technologie d'intégration des batteries à partir de cellules individuelles dans des packs de batteries (Packs), y compris la structure, la gestion thermique, la conception des connexions électriques et la technologie du système de gestion de batterie (BMS).

Dans le domaine de l'automobile, la technologie de regroupement la plus ancienne est le MTP (Module To Pack), qui consiste d'abord à assembler les cellules en modules, puis à regrouper ces modules en Pack. Cette technologie se caractérise par des modules démontables et remplaçables, offrant une bonne maintenabilité, mais une efficacité de regroupement relativement faible. Avec l'évolution technologique, la technologie de regroupement a évolué du MTP vers le CTP (Cell To Pack), qui désigne la technique d'intégration directe des cellules dans le Pack, éliminant ainsi la structure de module traditionnelle et améliorant l'efficacité de regroupement et de production. Ces dernières années, le secteur explore également des technologies de regroupement à intégration encore plus élevée, telles que le CTC (Cell To Chassis), le CTB (Cell To Body & Bracket) et le MTB (Module To Body).

Dans le domaine des batteries de puissance et du stockage d'énergie électrochimique, les principales avancées technologiques des batteries au lithium proviennent de l'innovation structurelle et de l'innovation matérielle. La première consiste à optimiser la structure du « pack cellule-module-batterie » au niveau physique pour atteindre l'objectif d'améliorer la densité énergétique volumique du pack batterie et de réduire les coûts ; la seconde consiste à explorer les matériaux de batterie au niveau chimique pour atteindre l'objectif d'améliorer les performances des cellules individuelles et de réduire les coûts. Cet article se concentre sur l'impact des différentes technologies d'intégration structurelle sur la technologie de fabrication des packs de batteries et sur l'orientation du développement innovant du point de vue de l'intégration structurelle des packs de batteries. Les technologies clés actuelles pour l'intégration des batteries de puissance sont présentées dans la figure ci-dessous :

1-MTP a été éliminé

Au début de la vague actuelle de développement des véhicules électriques, de nombreux modèles de véhicules à énergie nouvelle, fonctionnant au pétrole et à l'électricité, ont été lancés. Ils reprennent l'agencement spatial et le style des véhicules à essence traditionnels. Les ingénieurs ont assemblé un module de cellules de batterie relativement grand en connectant un certain nombre de cellules de batterie individuelles en série/parallèle, puis ont placé plusieurs de ces modules de cellules de batterie dans le bloc-batterie, qui est le bloc-batterie « MTP » bien connu. Étant donné que le bloc-batterie doit être « emballé » plus de deux fois, le nombre de composants requis est extrêmement important et le bloc-batterie apparaît comme « trois couches à l'intérieur et trois couches à l'extérieur », avec trop de pièces redondantes occupant plus de volume et de poids du système, ce qui entraîne une faible densité énergétique volumétrique et une faible densité énergétique gravimétrique du bloc-batterie « MTP ». De plus, comme la conception des véhicules à essence ne réserve pas spécifiquement d'espace à la batterie, le système de batterie ne peut être « inséré que là où il convient », ce qui entraîne une faible compétitivité du produit et une mauvaise expérience utilisateur.

Depuis le lancement de nouvelles plateformes de véhicules électriques intelligents représentées par Tesla, les véhicules purement électriques natifs ont permis d'installer des packs de batteries dans des emplacements spatiaux idéaux de manière plus efficace et plus régulière, les trois systèmes électriques peuvent être disposés de manière plus raisonnable et l'architecture électronique et électrique du véhicule ainsi que la conception de la gestion thermique peuvent être intégrées plus efficacement. La force du produit du véhicule en termes d'efficacité énergétique, d'endurance et d'intelligence a été considérablement améliorée.

2-L'ère de la technologie intégrée 2.0 — CTP

Le bloc-batterie à structure MTP présente un problème d'utilisation de l'espace important. L'utilisation de l'espace de la cellule de batterie par rapport au module est de 80 %, l'utilisation de l'espace du module par rapport au bloc-batterie est de 50 % et l'utilisation de l'espace global n'est que de 40 %. Le coût matériel du module représente environ 14 % du coût total de la batterie. Cette structure à faible utilisation de l'espace ne peut pas répondre aux exigences de développement des véhicules à énergie nouvelle. Dans le cadre de l'idée d'intégration cellule de batterie → module → bloc-batterie → carrosserie, si le véhicule veut charger autant d'énergie que possible dans l'espace limité du châssis et améliorer l'utilisation du volume, il est nécessaire d'envisager la standardisation de chaque étape d'intégration. Alors que la demande du marché en matière d'autonomie continue d'augmenter, le volume d'un seul module de batterie continue d'augmenter, ce qui conduit indirectement à l'émergence de la solution CTP.

La technologie de structure CTP est née de considérations de sécurité, de complexité d'emballage, de réduction des coûts, etc. Dans le but de garantir la sécurité de la cellule de batterie, la technologie CTP réduit les câbles internes et les pièces structurelles. Par rapport à la technologie MTP, la technologie CTP n'a pas de structure modulaire et emballe directement la cellule de batterie dans un pack de batterie avant de l'installer sur le véhicule.

Il existe actuellement deux idées principales. L'une consiste à considérer le Pack comme un grand module complet qui remplace la structure de plusieurs petits modules à l'intérieur, représentés par CATL ; l'autre est d'envisager d'utiliser une solution sans module lors de la conception et de concevoir la batterie elle-même comme l'élément de puissance, comme la batterie à lame de BYD.

Le point central de la technologie CTP est d'éliminer la conception modulaire. La cellule de batterie est directement combinée à la coque, ce qui réduit l'utilisation de plaques d'extrémité et de cloisons. Les problèmes qui en découlent sont la fixation du pack de batteries et la gestion thermique.

Bien que les premiers produits de la batterie CTP n'aient pas été conçus sans module, ils ont été conçus en regroupant les petits modules en 3 grands modules et 2 modules moyens, avec des plaques d'extrémité en aluminium aux deux extrémités, ce qui en fait toujours une conception MTP, mais avec des progrès structurels importants.

Après l'introduction du CTP 3.0, CATL a présenté une méthode de fabrication plus avancée, permettant d'obtenir une conception entièrement sans module. Les cellules de la batterie sont passées d'une orientation verticale le long de la hauteur à une position horizontale. De plus, une nouvelle solution de refroidissement a été mise en œuvre entre les cellules de la batterie, qui non seulement dissipe la chaleur mais fournit également des fonctions de support, d'amortissement, d'isolation et de contrôle de la température. La coque inférieure a également été conçue avec une fonction de fixation limitative.

Figure 1 : Comparaison entre les batteries Kirin CATL CTP2.0 et CTP3.0

3-L'ère de la technologie intégrée 3.0 — CTB, CTC

l Technologie CTB

La technologie CTP est une avancée majeure dans l'innovation de la structure de la batterie, mais elle n'a pas permis de percer dans le bloc-batterie lui-même. Dans la technologie CTP, le bloc-batterie est toujours un composant indépendant. Par rapport à la stratégie simplifiée du CTP pour les blocs-batteries, la technologie CTB combine le panneau de plancher de la carrosserie et le couvercle du bloc-batterie en un seul. La surface d'étanchéité plate formée par le couvercle de la batterie, le seuil de porte et les poutres avant et arrière scelle l'habitacle avec un produit d'étanchéité, et le fond est assemblé à la carrosserie par le point d'installation. Lors de la conception et de la fabrication du bloc-batterie, le système de batterie est intégré à la carrosserie dans son ensemble, les exigences d'étanchéité et d'étanchéité de la batterie elle-même peuvent être satisfaites, et l'étanchéité de la batterie et de l'habitacle est relativement simple, et les risques sont contrôlables.

De cette manière, la structure sandwich originale « couvercle de batterie-cellule de batterie-plateau » est transformée en une structure sandwich « couvercle de batterie-cellule de batterie intégré sous la carrosserie-plateau », réduisant ainsi la perte d'espace causée par la connexion entre la carrosserie et le couvercle de batterie. Dans ce mode structurel, la batterie n'est pas seulement une source d'énergie, mais participe également à la force et à la transmission de l'ensemble du véhicule en tant que structure.

Figure 2 : Schéma de principe de la structure de la technologie CTB

l Technologie CTC

Après l'adoption de la méthode CTC, le bloc-batterie n'est plus un assemblage indépendant, mais est intégré à la carrosserie du véhicule, ce qui optimise la conception du produit et le processus de production, réduit le nombre de pièces du véhicule, en particulier les pièces structurelles internes et les connecteurs de la batterie, présente l'avantage inhérent d'être léger, maximise l'utilisation de l'espace et offre de l'espace pour augmenter le nombre de batteries et améliorer l'autonomie. À condition que le système électrochimique lui-même reste inchangé, l'autonomie peut être augmentée en augmentant le nombre de batteries.

Figure 3 : Diagramme de la structure de la technologie CTC de Tesla

Par exemple, Tesla et d'autres constructeurs automobiles ont lancé successivement des modèles de technologie CTC. Au niveau des cellules, ils peuvent utiliser des structures sandwich élastiques multifonctionnelles et une technologie de refroidissement par eau à grande surface, et superposer la technologie de réutilisation de l'espace anti-collision au bas du bloc-batterie apportée par le développement intégré, en tenant compte de l'efficacité de regroupement, de la dissipation thermique et de la sécurité, et en favorisant l'application de la technologie CTC à partir des deux dimensions de l'optimisation des cellules et de la protection de la structure du véhicule. Au niveau du développement intégré du véhicule, la cellule de batterie est directement intégrée au châssis, éliminant les liens entre les modules et les blocs-batteries. L'intégration des trois principaux systèmes électriques (moteur, commande électronique, batterie), des trois systèmes électriques mineurs (DC/DC, OBC, PDU), du système de châssis (système de transmission, système de conduite, système de direction, système de freinage) et des modules liés à la conduite autonome est réalisée, et la distribution d'énergie est optimisée et la consommation d'énergie est réduite grâce au contrôleur de domaine d'alimentation intelligent.

4-Modifications des exigences spécifiques aux boîtiers de batteries pour les technologies CTP, CTB et CTC

Dans la structure traditionnelle des batteries, le module de batterie joue le rôle de support, de fixation et de protection de la cellule de batterie, tandis que le corps du boîtier de batterie supporte principalement la force d'extrusion externe. L'application des technologies CTP, CTB et CTC pose de nouvelles exigences pour les boîtiers de batterie, qui se reflètent spécifiquement dans :

Les exigences de résistance du corps du boîtier de batterie sont améliorées : étant donné que la liaison du module est réduite ou éliminée dans les structures CTP, CTB et CTC, le corps du boîtier de batterie doit non seulement résister à la force d'extrusion externe, mais également à la force d'expansion de la cellule de batterie supportée à l'origine par le module. Par conséquent, les exigences de résistance du corps du boîtier de batterie sont plus élevées.

Capacité de protection contre les collisions : après avoir utilisé la technologie CTP pour retirer les poutres latérales de la batterie, la batterie supportera directement l'impact de la collision, la batterie CTP doit donc avoir une résistance suffisante aux collisions.

Exigences en matière d'isolation, d'isolation et de dissipation de chaleur : les structures CTP ou CTB et CTC modifient le profil de la plaque inférieure en une plaque refroidie par eau basée sur le boîtier structurel porteur du châssis. Le boîtier de batterie supporte non seulement le poids des cellules de la batterie, mais assure également la gestion thermique et d'autres fonctions de la batterie. La structure est plus compacte, le processus de fabrication est optimisé et le degré d'automatisation est plus élevé.

Maintenance réduite : la conception hautement intégrée rend le remplacement de la batterie compliqué. Par exemple, dans la structure CTC, les cellules de la batterie sont remplies de résine, ce qui rend le remplacement des cellules de la batterie difficile et presque impossible à réparer.

5- Impact de l'intégration des packs de batteries sur les infrastructures de recharge des véhicules électriques

Le choix de différentes technologies d'intégration de batteries implique également le choix de différentes méthodes de compensation ; le CTP tend vers le remplacement de batteries, tandis que les technologies plus intégrées comme le CTB/CTC privilégient la charge rapide.

Une intégration élevée signifie que davantage de batteries peuvent être logées dans le même espace, ce qui augmente l'autonomie des véhicules électriques. Les utilisateurs n'ont plus besoin de recharger fréquemment sur de courtes distances, mais préfèrent peut-être recharger rapidement pendant les longs trajets. Par conséquent, la planification de l'infrastructure de recharge doit prendre en compte ces changements pour s'assurer qu'elle peut répondre aux besoins des utilisateurs.

À mesure que l’intégration des packs de batteries augmente, la taille physique et la structure des packs de batteries peuvent changer, ce qui peut affecter la conception de l’interface de charge et la compatibilité de l’équipement de charge.

En outre, l'intégration accrue des packs de batteries peut également affecter la vitesse et l'efficacité de la charge. Il faudra peut-être développer et déployer des systèmes de gestion de batterie et des technologies de charge plus efficaces pour garantir un processus de charge rapide et sûr.

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Dans le processus de production de plateaux de batterie et de boîtes de refroidissement liquide de stockage d'énergie pour les véhicules à énergie nouvelle, le traitement de surface nécessaire et approprié est une étape clé, telle que : l'utilisation d'un revêtement, d'un traitement d'oxydation, etc. pour former une couche protectrice sur la surface métallique afin de résister à l'érosion des milieux corrosifs ; les composants qui nécessitent une isolation électrique, tels que les cellules de batterie, les plaques de refroidissement par eau, les parois de module, etc., doivent établir un film protecteur isolant. L'isolation est généralement obtenue par pulvérisation de poudre isolante ou de peinture isolante. Le choix de la technologie de traitement de surface appropriée peut non seulement améliorer les performances du plateau/boîte de refroidissement liquide, mais aussi répondre aux besoins de différents scénarios d'application. Cet article résume les technologies de traitement de surface courantes à titre de référence.

1-Nettoyage et polissage

Pendant le processus de production, des impuretés telles que l'huile de traitement, les résidus d'huile moteur, la poudre et la poussière peuvent s'accumuler à la surface de la palette. Non seulement ces impuretés affectent la durée de vie du bac à batterie, mais elles peuvent également nuire aux performances et à la sécurité de la batterie. Grâce au nettoyage et au polissage, ces impuretés peuvent être efficacement éliminées pour assurer la propreté de la surface de la palette. Le nettoyage et le meulage peuvent éliminer efficacement les impuretés de surface, les bavures et les scories de soudure, rendant la surface lisse et plate, améliorant ainsi la qualité globale du bac/boîte à batterie.

l nettoyage chimique

Nettoyage alcalin : Le nettoyage alcalin utilise principalement des solutions alcalines (comme l'hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium, etc.) pour éliminer la graisse, la saleté et d'autres matières organiques à la surface des alliages d'aluminium. Le lavage alcalin élimine la graisse par saponification, émulsification, pénétration et mouillage, et génère en même temps des précipités solubles dans l'eau, obtenant ainsi un effet nettoyant. Le nettoyage alcalin est généralement utilisé pour éliminer la graisse, la poussière et les contaminants organiques de la surface des alliages d'aluminium.

Décapage : Le décapage utilise des solutions acides (comme l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique, etc.) pour éliminer les dépôts d'oxyde, la rouille et d'autres dépôts inorganiques à la surface des alliages d'aluminium. Le décapage convertit les oxydes de la surface métallique en sels solubles par la réaction de l'acide avec les oxydes de la surface métallique, éliminant ainsi les impuretés de surface. Le décapage est principalement utilisé pour éliminer le film d'oxyde, la rouille et les dépôts de sels inorganiques à la surface des alliages d'aluminium. Le décapage est souvent utilisé pour le traitement final des surfaces métalliques afin d'améliorer leur finition et leur planéité.

l Rectification mécanique

Pendant la production, le processus de meulage peut éliminer les marges de traitement, corriger les erreurs de forme, garantir la douceur et la précision de la surface de la palette/boîte, répondre aux exigences d'assemblage et ainsi améliorer les performances globales et la durée de vie.

La surface nettoyée et polie peut être traitée avec des matériaux de revêtement ou d'autres matériaux, ce qui est très important pour la construction ultérieure de revêtements anti-corrosion, d'étanchéité, de conductivité thermique, d'isolation, d'isolation thermique et d'autres revêtements, et joue un rôle clé dans la fixation ferme de ces matériaux à la palette/boîte.

2-Etablissement du revêtement et du film protecteur

En plus du nettoyage et du polissage de base, la production de palettes/caisses utilise un processus de pulvérisation pour le traitement de surface afin de former une couche protectrice pour empêcher l'oxydation et la corrosion et pour répondre aux besoins de différents scénarios tels que l'isolation thermique, l'isolation et la résistance à la tension.

l Isolation thermique

La protection contre la condensation et l'isolation thermique du plateau de batterie peuvent être réalisées par la conception intégrée d'un système d'isolation thermique, l'utilisation de matériaux isolants efficaces, l'application d'aérogel, la conception de l'isolation du pack de batteries et le pulvérisation de matériaux isolants en mousse.

Surface inférieure pulvérisée avec du PVC et de la mousse

l Tension de tenue de l'isolement

L'isolation du boîtier de la batterie et des composants de refroidissement liquide vise principalement à empêcher les fuites de courant, à protéger le personnel contre les chocs électriques et à assurer le fonctionnement normal du système de batterie. L'isolation est généralement obtenue par deux méthodes principales : la pulvérisation de poudre et le laminage de film. Les principaux procédés de laminage de film comprennent le laminage à température ambiante, le pressage à chaud et l'exposition aux UV.

Pulvérisation intérieure de poudre isolante et de peinture isolante

3-Logos et signalétique

Une plaque signalétique ou une étiquette est placée à un endroit bien en vue sur le plateau de la batterie, généralement au moyen d'un laser, d'une gravure mécanique, etc. Ces logos sont généralement constitués de supports résistants à l'usure et à la corrosion pour garantir qu'ils ne s'effacent pas facilement pendant toute la durée de vie.

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En tant qu'équipement de base du système de stockage d'énergie, le convertisseur de stockage d'énergie est un outil important pour la conversion de puissance, la gestion de l'énergie, la garantie de la stabilité du réseau, l'amélioration de l'efficacité énergétique, etc. À mesure que l'unité de puissance du convertisseur de stockage d'énergie évolue vers une intégration élevée et une efficacité élevée, le développement de la fréquence et de la grande capacité impose des exigences de plus en plus élevées en matière de dissipation thermique.

1-Changements dans les besoins de refroidissement

l Adapté à la cabine CC plus grande, la capacité du convertisseur continue d'augmenter et la technologie de dissipation thermique efficace garantit la fiabilité de l'équipement.

À mesure que la capacité des cellules de stockage d'énergie devient de plus en plus grande, la capacité des systèmes de stockage d'énergie augmente également simultanément. Au début de 2023, la capacité standard d'une batterie monocellulaire de 20 pieds sur le marché n'était que de 3,35 MWh. Au cours du second semestre de l'année, de nombreuses entreprises de cellules de batterie ont lancé des produits de stockage d'énergie de 310+Ah, et la capacité de la batterie monocellulaire de 20 pieds a également été étendue à 5 MWh. Cependant, moins de six mois après la mise à jour du modèle 5 MWh, certains grands systèmes de stockage d'énergie ont lancé des systèmes de 6 MWh et 8 MWh. Selon l'expérience générale, le convertisseur de stockage d'énergie est configuré à 1,2 fois la capacité de charge. La capacité unitaire d'un système de stockage d'énergie de 5 MWh doit être supérieure à 2,5 MW. Une puissance élevée nécessite une technologie de refroidissement plus efficace pour assurer un fonctionnement stable de l'équipement sous des charges élevées et soutenues.

Évolution itérative du schéma de topologie d'intégration du système de stockage d'énergie

l L'application de la technologie haute tension CC nécessite que les appareils aient des niveaux de tension de tenue et une résistance d'isolation plus élevés, et la dissipation thermique des appareils d'alimentation est importante.

Afin de s'adapter au système de stockage d'énergie de grande capacité, la technologie haute tension CC est devenue une tendance technique. Grâce à l'augmentation du niveau de tension, des économies d'énergie, une efficacité et une amélioration des performances peuvent être réalisées. La mise à niveau de tension de 1 500 V est issue du photovoltaïque, et maintenant le photovoltaïque est impliqué dans le stockage d'énergie. Cependant, l'évolution haute tension des PCS de stockage d'énergie a encore un long chemin à parcourir, et certains fabricants ont commencé à l'optimiser et à la pousser jusqu'à 2 000 V. L'application de la technologie haute tension CC oblige les dispositifs électroniques de puissance des convertisseurs de stockage d'énergie à avoir des niveaux de tension de tenue plus élevés et une résistance d'isolation plus élevée pour s'adapter aux environnements de travail haute tension. Dans les environnements haute tension, la conception de la dissipation thermique des dispositifs d'alimentation devient plus importante. La température de jonction pn des dispositifs d'alimentation ne peut généralement pas dépasser 125 °C et la température de la coque du boîtier ne dépasse pas 85 °C.

l Les systèmes de stockage d'énergie en réseau nécessitent des algorithmes de contrôle complexes, des conceptions de circuits et des convertisseurs de stockage d'énergie à haute densité de puissance

Contrairement aux caractéristiques essentielles des sources de courant dans les systèmes de stockage d'énergie en réseau, les systèmes de stockage d'énergie en réseau sont essentiellement des sources de tension qui peuvent définir en interne des paramètres de tension pour produire une tension et une fréquence stables. Par conséquent, il est nécessaire que les convertisseurs en réseau simulent les caractéristiques des générateurs synchrones, en fournissant un support de tension et de fréquence pour améliorer la stabilité du système électrique. Cette stratégie de contrôle nécessite que les convertisseurs possèdent une densité de puissance plus élevée et des algorithmes de contrôle plus complexes, ainsi que des dispositifs de puissance plus performants et des conceptions de circuits plus complexes pour mettre en œuvre la stratégie de contrôle. Gérer efficacement la chaleur générée par une densité de puissance élevée et des stratégies de contrôle complexes, tout en réduisant la taille et le coût du système de refroidissement sans compromettre les performances, est devenu un nouveau défi dans la conception thermique.

2- Comparaison des solutions de refroidissement courantes

La solution de refroidissement pour les onduleurs de stockage d'énergie a connu une évolution itérative importante au cours des dernières années, principalement reflétée dans la transition de la technologie de refroidissement du refroidissement par air traditionnel vers la technologie de refroidissement liquide.

l Solution de refroidissement par air

Le refroidissement par air est la forme de contrôle de température utilisée au début des convertisseurs de stockage d'énergie. Il utilise l'air comme moyen et dissipe la chaleur par des ventilateurs et des radiateurs. La solution de refroidissement par air améliore l'efficacité de la dissipation thermique en réduisant continuellement la consommation d'énergie, en optimisant la structure et en améliorant les matériaux de dissipation thermique. Au niveau de puissance de 2,5 MW, le refroidissement par air peut toujours répondre aux exigences.

l Solution de refroidissement liquide

À mesure que la densité de puissance et la densité énergétique des systèmes de stockage d'énergie continuent d'augmenter, les PCS refroidis par liquide utilisent un liquide de refroidissement à conductivité thermique élevée comme fluide. Le liquide de refroidissement est entraîné par une pompe à eau pour circuler dans la plaque froide et n'est pas affecté par des facteurs tels que l'altitude et la pression atmosphérique. Le système de refroidissement par liquide a une efficacité de dissipation de chaleur plus efficace que le système de refroidissement par air. La solution de refroidissement par liquide a un degré de correspondance plus élevé et a commencé à être explorée et popularisée au cours des un ou deux derniers ans.

En plus de la solution de stockage d'énergie à refroidissement liquide complet, certains fabricants ont lancé des machines de refroidissement direct de stockage d'énergie, qui utilisent le refroidissement direct à changement de phase et aucune circulation d'eau. Les solutions de refroidissement direct font également leur entrée dans le domaine du stockage d'énergie.

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Le bloc-batterie est un élément clé des nouveaux véhicules à énergie, des armoires et des conteneurs de stockage d'énergie. Il s'agit d'une source d'énergie à travers l'enveloppe de la coque, fournissant de l'énergie aux véhicules électriques et fournissant une capacité de consommation aux armoires et conteneurs de stockage d'énergie. En combinaison avec les besoins techniques réels, cet article résume les points clés de la conception des profils des blocs-batteries en analysant les exigences de résistance mécanique, de sécurité, de gestion thermique et de légèreté des blocs-batteries.

1-Exigences de conception du boîtier de la batterie

l Résistance mécanique, résistance aux vibrations et aux chocs. Après l'essai, il ne doit y avoir aucun dommage mécanique, déformation ou desserrage de la fixation, et le mécanisme de verrouillage ne doit pas être endommagé.

l Étanchéité : L'étanchéité de la batterie affecte directement la sécurité de fonctionnement du système de batterie. Il est généralement nécessaire d'atteindre le niveau de protection IP67 pour garantir que la batterie est étanche et étanche.

l La conception de la coque de la batterie doit prendre en compte les performances de gestion thermique et garantir que la batterie fonctionne dans une plage appropriée grâce à une conception de gestion thermique appropriée.

l Pour l'installation et la fixation, la coque doit prévoir un espace pour la plaque signalétique et les panneaux de sécurité, et réserver suffisamment d'espace et une fondation fixe pour l'installation de lignes d'acquisition, de divers éléments de capteur, etc.

l Tous les connecteurs, bornes et contacts électriques à isolation de base non polaire doivent répondre aux exigences de niveau de protection correspondantes lorsqu'ils sont combinés.

l Allègement : L'allègement de la coque est d'une grande importance pour améliorer la densité énergétique de la batterie. L'alliage d'aluminium est léger et de haute qualité, ce qui en fait le choix le plus judicieux à l'heure actuelle. Le niveau d'allègement peut être amélioré grâce à une conception extrême appropriée en combinaison avec des applications réelles.

l Durabilité : La durée de vie de la coque de la batterie ne doit pas être inférieure à la durée de vie utile de l'ensemble du produit. Aucune déformation plastique évidente ne doit se produire pendant le cycle d'utilisation. Le niveau de protection et les performances d'isolation ne doivent pas être réduits. La structure doit être facile à entretenir, y compris la disposition des plaques signalétiques et des panneaux de sécurité, ainsi que la protection des connecteurs.

Figure 1 Coque de batterie typique soudée en alliage d'aluminium

2-Solution de coque de batterie en alliage d'aluminium typique

Les alliages d'aluminium couramment utilisés pour les coques de batteries comprennent le 6061-T6, le 6005A-T6 et le 6063-T6, etc. Ces matériaux ont des limites d'élasticité et des résistances à la traction différentes pour répondre à différentes exigences structurelles. La résistance de ces matériaux est la suivante : 6061-T6＞6005A-T6＞6063-T6.

Actuellement, les solutions de formage de coque de batterie comprennent le soudage de profilés en aluminium, le moulage en alliage d'aluminium, la fonte d'aluminium plus profilé en aluminium, le soudage de plaques d'aluminium estampées, etc. La solution de soudage de profilés en aluminium est devenue le choix courant en raison de sa flexibilité et de sa facilité de traitement. Comme le montre la figure 1, la coque est principalement composée d'un cadre en profilé d'aluminium et d'une plaque inférieure en profilé d'aluminium, qui sont soudés à l'aide de profilés extrudés en alliage d'aluminium de la série 6. La solution de moulage en alliage d'aluminium est considérée comme la future direction de développement en raison de son processus simplifié et de son potentiel de réduction des coûts.

3- Conception de section de profil

l Taille et complexité de la section : La taille de la section du profilé est mesurée par le cercle circonscrit. Plus le cercle circonscrit est grand, plus la pression d'extrusion requise est élevée. La section du profilé est généralement composée de plusieurs cavités pour améliorer la rigidité et la résistance structurelles. Habituellement, le cadre, la cloison médiane, la plaque inférieure, la poutre, etc. adoptent différentes conceptions de section pour s'adapter à différentes exigences structurelles et fonctionnelles.

Figure 2 Section typique d'un profilé en alliage d'aluminium

l Épaisseur de paroi du profilé en aluminium : L'épaisseur de paroi minimale d'un profilé en aluminium spécifique est liée au rayon du cercle circonscrit du profilé, à la forme et à la composition de l'alliage. Par exemple, lorsque l'épaisseur de paroi de l'alliage d'aluminium 6063 est de 1 mm, l'épaisseur de paroi de l'alliage d'aluminium 6061 doit être d'environ 1,5 mm. La difficulté d'extrusion de la même section est la suivante : 6061-T6＞6005A-T6＞6063-T6. Dans la conception des profilés de batterie, le profilé du cadre est généralement constitué d'un matériau en alliage d'aluminium 6061-T6, et sa section typique est composée de plusieurs cavités, et l'épaisseur de paroi la plus fine est d'environ 2 mm ; le profilé de la plaque inférieure est également composé de plusieurs cavités, et le matériau est généralement 6061-T6, 6065A-T6, et l'épaisseur de paroi la plus fine est également d'environ 2 mm ; de plus, dans la conception du plateau porteur de la plaque inférieure et de l'intégration du refroidissement liquide de la plaque inférieure, la plaque inférieure adopte généralement une structure double face, l'épaisseur de la plaque inférieure est généralement de 10 mm et l'épaisseur de la paroi et de la paroi intérieure de la cavité sont d'environ 2 mm.

l Tolérance des dimensions de la section transversale du profilé : La tolérance des dimensions de la section transversale doit être déterminée en fonction de la tolérance de traitement du profilé en aluminium, des conditions d'utilisation, de la difficulté d'extrusion du profilé et de la forme du profilé. Pour certains profilés en aluminium difficiles à extruder, la forme peut être modifiée ou la tolérance de traitement et la tolérance dimensionnelle peuvent être augmentées pour réduire la difficulté d'extrusion et extruder des produits profilés en aluminium qui sont proches des exigences, puis ils peuvent être remodelés ou traités pour répondre aux exigences d'utilisation.

De plus, lors de la conception de la section du profilé, il est nécessaire de prendre en compte les exigences spécifiques des différents procédés de soudage pour les joints, les rainures, l'épaisseur de paroi, etc.

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L'étanchéité à l'air du pack de batteries est un facteur clé pour garantir la qualité et la sécurité du pack de batteries. Elle est liée à la sécurité, à la fiabilité et à la durée de vie du pack de batteries. Le test d'étanchéité à l'air du pack de batteries doit être effectué non seulement pendant le processus de production, mais également pendant l'entretien et l'inspection de la batterie.

1-Exigences relatives à l'étanchéité des batteries

Dans la production réelle, l'étanchéité à l'air du pack de batteries doit répondre aux exigences suivantes :

Performances d'étanchéité, la coque de la batterie, l'interface et les connecteurs doivent avoir de bonnes performances d'étanchéité pour empêcher la poussière, la vapeur d'eau et d'autres impuretés externes de pénétrer dans la batterie, ce qui peut être obtenu par soudage, produits d'étanchéité, matériaux imperméables, etc.

Performances d'étanchéité : pour empêcher l'humidité de pénétrer dans la batterie, provoquant des courts-circuits, de la corrosion et d'autres problèmes. Selon la norme nationale GB38031-2020 « Exigences de sécurité pour les batteries d'alimentation pour véhicules électriques », les performances d'étanchéité des batteries et de leurs composants doivent être conformes à la norme IP67. La plupart des véhicules à énergie nouvelle ont des exigences de performance d'étanchéité plus élevées pour les batteries et leurs composants, et doivent être conformes à la norme IP68, c'est-à-dire que la batterie peut empêcher l'eau de pénétrer dans la profondeur d'eau et le temps d'immersion spécifiés.

Les méthodes traditionnelles de test d'étanchéité à l'air comprennent la méthode de pression et la méthode d'immersion (test à l'eau). La méthode d'immersion consiste à immerger la plaque de refroidissement liquide dans l'eau et à observer si des bulles se forment pour juger de l'étanchéité.

Réservoir d'essai d'étanchéité à l'air du canal d'eau de la plaque de refroidissement liquide

Bien que la norme IP68 soit plus stricte, dans les applications réelles, la méthode de chute de pression est souvent utilisée comme principale méthode de détection pour répondre aux exigences IP68 en définissant des normes de détection d'étanchéité à l'air appropriées. La méthode de chute de pression détermine l'étanchéité à l'air du bloc-batterie en mesurant le changement de pression à l'intérieur du bloc-batterie. Lors de la réalisation de tests d'étanchéité à l'air, plusieurs paramètres doivent être pris en compte, tels que la pression de gonflage, le temps de gonflage, le temps de stabilisation de la pression et le taux de fuite.

（côté gauche）Diagramme de principe de base de la pression différentielle

（côté droit）Schéma de principe de base de la pression directe

2-Analyse du problème de fuite des plaques de refroidissement liquide

Avec l'augmentation continue de la demande du marché pour les véhicules à batterie, les systèmes de stockage d'énergie par batterie, etc., les packs de batteries à densité énergétique et à densité de puissance plus élevées sont largement utilisés. En raison des caractéristiques thermiques des batteries, pour assurer le fonctionnement stable des équipements de base tels que les batteries et améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie, la technologie de refroidissement liquide est l'une des principales voies techniques pour la gestion thermique du stockage d'énergie, et le test d'étanchéité à l'air du système de refroidissement liquide est devenu un lien clé.

La fuite de la plaque de refroidissement liquide est un problème grave : la fuite entrave le flux normal du liquide de refroidissement, affecte l'effet de dissipation thermique de la plaque de refroidissement liquide et réduit les performances de l'équipement ; la fuite peut également provoquer le vieillissement et l'endommagement des composants du système, réduisant ainsi la fiabilité du système ; la fuite peut également corroder les composants et circuits électroniques, augmentant le risque de défaillance de l'équipement et d'incendie.

Pourquoi le problème de fuite se produit-il encore après des tests rigoureux d'étanchéité à l'air pendant le processus de production et de fabrication de la plaque de refroidissement liquide ?

Processus de test d'étanchéité à l'air du système de refroidissement liquide

L'infiltration de liquide peut être causée par divers facteurs :

l Fissures et défauts minuscules, Les tests d'étanchéité à l'air des aménagements paysagers peuvent détecter de larges canaux de fuite, mais de minuscules fissures et défauts peuvent toujours exister. Ces minuscules fissures peuvent se dilater sous l'effet de la pression du liquide ou d'un environnement à haute température, provoquant des infiltrations de liquide.

l Différences de tension superficielle et de mouillabilité du liquide de refroidissement : lorsque la tension superficielle du liquide de refroidissement est faible, il est plus facile de pénétrer à travers de minuscules interstices. Si la conception de la tension superficielle de la plaque de refroidissement liquide n'est pas raisonnable ou si le liquide de refroidissement n'est pas correctement sélectionné, le problème d'infiltration de liquide peut s'aggraver.

Différences de mouillabilité : les différents liquides de refroidissement ont une mouillabilité différente sur les surfaces solides. Si la rugosité de la surface du matériau de la plaque froide liquide est élevée ou s'il existe des défauts microstructuraux, le liquide de refroidissement peut pénétrer plus facilement.

l Problèmes d'installation ou de processus : Si le processus d'installation de la plaque froide liquide n'est pas suffisamment précis, ou s'il y a des défauts dans le soudage, la connexion et d'autres processus, cela peut également entraîner une mauvaise étanchéité et augmenter le risque d'infiltration de liquide.

l Conditions environnementales : les variations de température, notamment dans les environnements à haute pression, peuvent affecter la perméabilité du liquide de refroidissement. Bien que ces facteurs environnementaux ne soient pas forcément pris en compte lors des tests d'étanchéité à l'air, en fonctionnement réel, les fluctuations de température peuvent entraîner une défaillance du joint.

l Vieillissement ou fatigue du matériau : Si le matériau de la plaque froide liquide est utilisé trop longtemps, il peut vieillir ou se fatiguer, entraînant une détérioration de ses performances d'étanchéité, augmentant ainsi le risque de fuite de liquide.

3-Mesures préventives contre les fuites de plaques de refroidissement liquide

l Améliorer la conception de la plaque de refroidissement liquide : en optimisant la structure et la conception de la plaque de refroidissement liquide, réduire les petites fissures et défauts et améliorer ses performances d'étanchéité. Par exemple, lors du soudage de la poutre d'installation du module sur la surface du canal d'écoulement, prendre des mesures anti-fuite pour éviter les fuites de liquide de refroidissement.

l Améliorer le niveau du processus de fabrication : dans le processus de production de la plaque de refroidissement liquide, des procédés et des matériaux de soudage de haute qualité sont utilisés pour garantir que le liquide de refroidissement ne pénètre pas facilement. Dans le même temps, pendant le processus d'assemblage, suivez strictement les procédures d'exploitation pour éviter tout desserrage ou installation incorrecte.

l Optimisez la combinaison des méthodes de détection pour garantir l'efficacité de la détection tout en améliorant la précision de la détection et en réduisant le taux de détection manquée. La méthode d'immersion et la méthode de chute de pression sont utilisées pour la détection de l'étanchéité à l'air, qui est simple à utiliser, économique et efficace, et convient aux besoins de détection de routine à grande échelle. Cependant, la précision de détection des deux méthodes est faible. La précision de détection de la méthode de chute de pression est généralement un taux de fuite de 1×10-4Pa·m³/s, et la précision des résultats de détection est facilement perturbée par des facteurs tels que la température, l'humidité, la propreté et la pression. Utilisez un équipement de détection avec une précision de détection plus élevée et un meilleur effet pour augmenter la précision de détection à 1×10-6Pa·m³/s, améliorant ainsi l'effet de détection.

Outre les mesures préventives concernant la plaque de refroidissement liquide elle-même, il est également nécessaire d'adopter des stratégies de réponse appropriées dans de multiples aspects tels que la sélection du liquide de refroidissement, la sélection des joints et l'environnement de travail de l'équipement.

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Dans la conception de la dissipation thermique, l’adoption de méthodes efficaces de réduction des coûts peut améliorer la fiabilité et l’efficacité du système global tout en réduisant les coûts inutiles.

1-La conception à déclassement réduit les coûts

La conception avec déclassement est une méthode de conception qui réduit intentionnellement les contraintes électriques, thermiques et mécaniques auxquelles les composants ou les produits sont soumis pendant leur fonctionnement. Dans les scénarios de production et d'utilisation réels, la stabilité des équipements électroniques peut être améliorée en réduisant les contraintes supportées par les composants.

Schéma des chemins de dissipation de chaleur pour les emballages 2D et 3D

l Réduire le stress au travail : pendant la conception et le fonctionnement du produit, le stress au travail des composants peut être réduit en réduisant la charge de travail, en contrôlant la fréquence de fonctionnement, en limitant le courant et la tension, etc.

l Réduisez le stress environnemental : Réduisez le stress environnemental en sélectionnant des types de composants, des dispositions et des formes d'emballage appropriés, par exemple en sélectionnant des composants avec une marge de température importante ou en utilisant des formes d'emballage avec une bonne étanchéité pour réduire les effets de la température, de l'humidité et de la pression sur les composants.

l Application de l'ingénierie de fiabilité : conception redondante raisonnable, détection et isolation des défauts, etc., réduisent encore davantage le risque de défaillance des composants.

En réduisant la contrainte exercée sur les composants pendant leur fonctionnement, leur consommation d'énergie et leur génération de chaleur peuvent être réduites. Lorsque les appareils électriques fonctionnent dans des conditions de contrainte inférieures à leur contrainte nominale, leur consommation d'énergie et leur génération de chaleur peuvent être réduites, ce qui contribue à améliorer l'efficacité énergétique et la fiabilité du système. À long terme, la conception à déclassement augmente efficacement la durée de vie des composants, réduit les taux de défaillance, réduit la charge de travail de maintenance et réduit ainsi les coûts.

2-Optimiser la mise en page

L'efficacité de fonctionnement du radiateur peut être considérablement améliorée grâce à une disposition raisonnable des composants thermiques, et une stratégie de disposition raisonnable des composants peut atteindre un équilibre entre les performances du produit et le coût.

l Répartir les composants de dissipation thermique : disperser les composants qui génèrent de grandes quantités de chaleur pour réduire la charge thermique par unité de surface.

l Emplacement propice à la dissipation de la chaleur : Placez l’élément chauffant dans un endroit propice à la dissipation de la chaleur, par exemple près d’un évent ou du bord de l’appareil.

l Disposition décalée : Lors de la disposition, décalez les composants chauffants avec les autres composants généraux et essayez de faire en sorte que les composants chauffants soient principalement des composants sensibles à la température afin de réduire leur impact sur les composants sensibles à la chaleur.

l Améliorer le flux d'air : en modifiant la conception de la direction et la disposition des composants, le chemin du flux d'air est optimisé, le débit est augmenté et le coefficient de transfert de chaleur est amélioré.

Recommandations d'espacement entre les composants

3-Choix de la méthode de refroidissement

À mesure que les performances des composants électroniques s'améliorent et que le degré d'intégration augmente, la densité de puissance continue d'augmenter, ce qui entraîne une augmentation significative de la chaleur générée par les composants électroniques pendant le fonctionnement. Lors du choix d'une méthode de dissipation thermique pour les composants électroniques, les exigences de contrôle de la température comprennent principalement les aspects suivants :

l Plage de température : les différents composants ont des plages de tolérance de température différentes. Par exemple, les puces hautes performances telles que les processeurs ont des exigences de température de fonctionnement comprises entre 85 et 100 °C, tandis que certains appareils à faible consommation peuvent tolérer des températures plus élevées. Le système de refroidissement doit donc garantir que les composants fonctionnent dans une plage de température sûre.

l Précision du contrôle de la température : dans certains scénarios avec des exigences strictes en matière de contrôle de la température, il est nécessaire d'adopter une solution de dissipation thermique capable de contrôler avec précision la température pour éviter la dégradation des performances des composants ou même les dommages causés par des températures excessivement élevées ou basses.

l Température ambiante : L'effet de dissipation thermique des équipements électroniques dépend non seulement de la capacité de dissipation thermique de l'appareil lui-même, mais est également affecté par la température ambiante environnante. La conception de la dissipation thermique doit tenir compte des variations de température ambiante et essayer de maintenir l'appareil dans une plage de température appropriée grâce à des moyens de dissipation thermique.

l Consommation d'énergie et fiabilité : Certains composants électroniques à faible consommation peuvent utiliser la dissipation thermique naturelle lorsqu'ils génèrent une faible chaleur. Pour les équipements à forte consommation d'énergie, il est nécessaire d'attendre la technologie de dissipation thermique des universités pour garantir qu'ils maintiennent des performances normales et prolongent le fonctionnement sous une charge élevée durée de vie.

l Étanchéité et densité : Dans les dispositifs scellés et assemblés à haute densité, si la génération de chaleur n'est pas élevée, on peut compter sur la dissipation thermique naturelle. Lorsque les composants sont densément emballés et génèrent de grandes quantités de chaleur, des technologies de dissipation thermique plus efficaces, telles que la dissipation thermique forcée ou le refroidissement liquide, sont nécessaires. Le refroidissement liquide et la technologie des caloducs sont utilisés dans les scénarios à forte consommation d'énergie et à forte génération de chaleur, tels que les composants électroniques haute puissance comme les tubes à ondes progressives, les magnétrons et les tubes amplificateurs de puissance, les serveurs et les équipements à forte consommation d'énergie, et les systèmes tri-électriques des véhicules électriques.  Ils présentent des avantages applicatifs uniques.

（côté gauche）Module de refroidissement par air de la pile de chargement

（côté droit）Module de refroidissement liquide pour pile de charge

Lors du choix d'une méthode de refroidissement pour les composants électroniques, il est nécessaire de prendre en compte de manière exhaustive des facteurs tels que la génération et le flux de chaleur, la température ambiante et la température de fonctionnement, les contraintes d'espace et les exigences d'isolation thermique, ainsi que le coût et la faisabilité. En utilisant une technologie de refroidissement et des dispositifs de refroidissement appropriés pour garantir que les composants fonctionnent à une température appropriée, le coût de remplacement et de maintenance du système peut être efficacement réduit. En outre, la réutilisation de projets historiques est également une stratégie efficace pour réduire les coûts de développement et de fabrication et améliorer la fiabilité.

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L'alliage d'aluminium est le matériau structurel non ferreux le plus largement utilisé dans l'industrie, en particulier dans les scénarios où la conductivité thermique des matériaux est d'une grande importance, et dans les situations où une conduction thermique efficace est requise, comme dans la dissipation de chaleur des équipements électroniques, la dissipation de chaleur des trois puissances des véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie par batterie. Dans les domaines de la dissipation de chaleur et de l'aérospatiale, il est généralement utilisé pour fabriquer des équipements de transfert de chaleur efficaces tels que des radiateurs, des plaques de conduction thermique et des composants électroniques.

La conductivité thermique, également appelée conductivité thermique, est un indice de paramètre qui caractérise la conductivité thermique des matériaux. Il indique la conduction thermique par unité de temps, unité de surface et gradient de température négatif. L'unité est W/m·K ou W/m·℃. L'alliage d'aluminium est un matériau d'alliage composé d'aluminium et d'autres métaux. Sa conductivité thermique est très excellente et le coefficient de conductivité thermique est généralement compris entre 140 et 200 W/(m·K). En tant que métal ayant la plus forte teneur dans la croûte terrestre, l'aluminium a un coefficient de conductivité thermique relativement faible. Il est privilégié en raison de sa hauteur élevée, de sa faible densité et de son prix bas.

1-Principe de conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium

Lorsqu'il y a une différence de température entre les zones adjacentes d'un matériau, la chaleur s'écoule de la zone à haute température vers la zone à basse température à travers la partie de contact, ce qui entraîne une conduction thermique. Les matériaux métalliques contiennent un grand nombre d'électrons libres. Les électrons libres peuvent se déplacer rapidement dans le métal et peuvent transférer rapidement la chaleur. La vibration du réseau est un autre moyen de transfert de chaleur du métal, mais elle est secondaire par rapport à la méthode de transfert d'électrons libres.

Comparaison des méthodes de conduction thermique entre les métaux et les non-métaux

2-Facteurs affectant la conductivité thermique des alliages d'aluminium

a.L'alliage est l'un des principaux facteurs influençant la conductivité thermique. Les éléments d'alliage, présents sous forme d'atomes en solution solide, de phases précipitées et de phases intermédiaires, introduisent des défauts cristallins tels que des lacunes, des dislocations et des distorsions du réseau. Ces défauts augmentent la probabilité de diffusion des électrons, diminuant ainsi le nombre d'électrons libres et par conséquent la conductivité thermique de l'alliage.  Différents éléments d'alliage induisent des distorsions du réseau de la matrice d'Al de degrés variables, affectant ainsi différemment la conductivité thermique. Cette différence résulte de l'interaction de plusieurs facteurs : la valence de l'élément d'alliage, la différence de volume atomique, la configuration électronique et le type de réaction de solidification.

b.Le traitement thermique est une étape très importante dans le traitement des alliages d'aluminium. En modifiant la microstructure et la transformation de phase des alliages d'aluminium, sa conductivité thermique peut être considérablement affectée. Le traitement en solution solide consiste à chauffer l'alliage d'aluminium à une certaine température pour dissoudre complètement les atomes de soluté dans la matrice, puis à le refroidir rapidement pour obtenir une solution solide uniforme. Ce traitement améliore les propriétés mécaniques du matériau mais réduit généralement sa conductivité thermique. Le traitement de vieillissement consiste à effectuer une déformation à froid appropriée et à réchauffer après le traitement en solution solide, ce qui peut optimiser la microstructure de l'alliage et améliorer ses performances globales. Le traitement de vieillissement prend en compte les propriétés mécaniques et la conductivité thermique de l'alliage, de sorte que l'alliage conserve une résistance élevée tout en ayant une bonne conductivité thermique. Le recuit améliore la microstructure de l'alliage en le maintenant à une température plus basse pour précipiter et redistribuer la deuxième phase dans l'alliage. Le traitement de recuit peut améliorer la plasticité et la ténacité des alliages d'aluminium, mais l'effet sur la conductivité thermique varie en fonction de la situation spécifique.

Schéma des changements de structure cristalline au cours du processus de vieillissement de l'alliage Al-Cu

c.D'autres facteurs influencent les impuretés et les particules de seconde phase : les impuretés et les particules de seconde phase (telles que les oxydes, les carbures, etc.) dans les alliages d'aluminium peuvent disperser les porteurs chauds (électrons et phonons), réduisant ainsi la conductivité thermique. Plus la teneur en impuretés est élevée, plus les particules de seconde phase sont grossières et généralement plus la conductivité thermique est faible. La taille des grains des alliages d'aluminium affecte également la conductivité thermique. En général, plus la taille des grains est petite, plus il y a de joints de grains et plus la conductivité thermique est faible. De plus, la méthode de traitement de l'alliage d'aluminium (comme le laminage, l'extrusion, le forgeage, etc.) affectera sa microstructure et son état de contrainte résiduelle, affectant ainsi la conductivité thermique. L'écrouissage et les contraintes résiduelles réduisent la conductivité thermique.

En résumé, l'alliage d'aluminium est un choix idéal pour les matériaux à haute conductivité thermique. Des facteurs tels que le type d'éléments d'alliage dans les alliages d'aluminium et leurs formes, les méthodes de traitement thermique, les impuretés, la granulométrie et les méthodes de moulage affecteront tous la conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium. Des considérations complètes doivent être prises en compte lors de la conception de la composition du matériau et de la planification du processus.

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La technologie de refroidissement par immersion pour le stockage d’énergie est une méthode avancée de refroidissement des batteries. Elle exploite les propriétés thermiques des liquides pour un refroidissement rapide, direct et complet des batteries, assurant leur fonctionnement dans un environnement sûr et efficace.Le principe de base consiste à immerger complètement les batteries de stockage dans un liquide isolant, non toxique et capable de dissiper la chaleur.Cette technologie permet l'échange thermique direct entre le liquide et les batteries, absorbant rapidement la chaleur générée lors des cycles de charge et de décharge, et la transférant vers un système de refroidissement externe.

Schéma de principe du système de refroidissement liquide par immersion unique pour le stockage d'énergie

Le Pack de stockage d'énergie refroidi par immersion agit comme support et composant de protection pour les cellules de la batterie. Il assure principalement le support du pack de batterie et du liquide de refroidissement, la protection et le transfert de chaleur.Ainsi, la conception de la structure du boîtier doit tenir compte de plusieurs aspects tels que l'étanchéité, l'efficacité du refroidissement, la sécurité, le choix des matériaux et les procédés de fabrication, afin d'assurer un fonctionnement efficace, sûr et fiable du système.La conception de la structure du boîtier constitue la base de tout le système de refroidissement liquide.

1-Charge uniforme

Le boîtier inférieur du pack de stockage d'énergie refroidi par liquide immergé est composé d'une plaque inférieure et de plaques latérales. La plaque inférieure sert de support de base et les plaques latérales sont fixées autour de la plaque inférieure, qui forment ensemble le cadre principal du boîtier. La taille du boîtier doit être ajustée en tenant compte des besoins globaux et des conditions de charge du système de refroidissement par liquide. Dans la conception de boîtiers de plus grande taille, des cloisons internes ou des structures de support peuvent être raisonnablement mises en place pour diviser le grand espace en plusieurs petits espaces. zone de force pour améliorer la capacité de charge uniforme. Dans la structure interne, la capacité de charge locale peut être améliorée en ajoutant des nervures de support et des nervures de renfort, et une structure de partage de charge peut également être mise en place à l'intérieur du boîtier pour équilibrer la charge à chaque coin.

Afin de réduire l'impact de la déformation plastique sur la charge uniforme, les surfaces de traitement de hauteurs différentes peuvent être conçues pour être au même niveau, ce qui permet de réduire le nombre d'ajustements de la machine-outil et d'éviter les déformations dues aux différences de hauteur. Il est également possible d'augmenter la largeur ou la hauteur du boîtier pour répartir la charge et réduire la déformation.

En outre, la conception intégrée du canal de refroidissement liquide et du panneau de base du boîtier, réalisée par soudage par friction-agitation ou soudage laser, améliore considérablement la résistance structurelle de l'ensemble du système.

Schéma de la structure du boîtier inférieur du Pack de stockage d'énergie par refroidissement liquide par immersion

2-Conception de l'échange de chaleur

La conductivité thermique est un aspect important de la technologie de refroidissement liquide par immersion. L'objectif de la conception est de s'assurer que la batterie peut se refroidir efficacement dans un environnement à haute température, maintenant ainsi sa performance et sa sécurité.

Les matériaux du boîtier doivent avoir une haute conductivité thermique. Les matériaux couramment utilisés incluent les alliages d'aluminium, le cuivre et les composites à base d'aluminium.La conception du boîtier doit également tenir compte de l'impact des variations de température ambiante. Une épaisseur d'isolation appropriée peut garantir que la température à l'intérieur du boîtier reste dans une plage relativement constante, améliorant ainsi l'efficacité globale du système.

La conception structurelle du boîtier influence directement sa conductivité thermique. Un agencement approprié des canaux de liquide garantit un flux fluide à l'intérieur du boîtier et maximise la surface de contact, ce qui est la principale stratégie pour améliorer la conductivité thermique du boîtier.Plusieurs canaux peuvent être installés à l'intérieur du boîtier pour augmenter les voies de circulation du liquide de refroidissement, améliorant ainsi l'effet de dissipation de chaleur.

           （côté gauche）Option 1 : Imersion totale + Système unitaire + Échangeur de chaleur à plaques  

（côté droit）Option 2 : Imersion totale + Système unitaire + Échangeur de chaleur intégré

Le système de refroidissement liquide comprend des fluides de refroidissement, des structures thermiques, des conduites de refroidissement et des structures de support.

Dans l'Option 1, on peut remplir les canaux de l'échangeur de chaleur et la cavité du boîtier avec le même ou différents fluides de refroidissement, les deux cavités étant scellées et non connectées.Dans la cavité du boîtier, le liquide de refroidissement immerge complètement le module de batterie, assurant un contact complet. Le fluide reste statique et utilise la bonne conductivité thermique du liquide pour absorber la chaleur de la surface de la batterie, réduisant ainsi l'élévation de la température.Dans l'échangeur de chaleur, le liquide de refroidissement est divisé en plusieurs canaux qui entrent parallèlement dans le module de refroidissement, puis se rejoignent dans le collecteur de sortie, étant principalement responsable de l'évacuation de la chaleur pour assurer le refroidissement.

Dans l'Option 2, le liquide de refroidissement à basse température entre par le bas ou par les côtés, tandis que le liquide à haute température sort par le haut. Le liquide de refroidissement circule à l'intérieur du pack de batterie, ce qui permet de répartir la chaleur de manière efficace et uniforme, d'améliorer l'efficacité globale du refroidissement et de maintenir la cohérence de la température de la cellule ou du pack de batterie.

Pour améliorer davantage l'efficacité du refroidissement, diverses mesures d'optimisation peuvent être prises, telles que l'optimisation du débit de liquide et des méthodes de circulation, le choix de fluides de refroidissement à haute capacité thermique et l'amélioration de la distribution de température du liquide.Ces mesures peuvent réduire l'accumulation de chaleur et les pertes d'énergie, garantissant ainsi que la batterie fonctionne dans un état de refroidissement efficace.

3-Conception d'étanchéité

Pour la boîte de refroidissement liquide, une conception d'étanchéité complète est réalisée en utilisant des matériaux et des structures d'étanchéité avancés. La conception d'étanchéité doit non seulement prendre en compte l'étanchéité à l'air, mais aussi l'étanchéité du liquide pour garantir qu'il n'y a pas de fuites dans toutes les directions des cellules de batterie.

La conception doit choisir la forme et la configuration d'étanchéité appropriées en fonction des besoins spécifiques de l'application, tout en prenant en compte des facteurs tels que le degré de liberté des fuites des joints, la résistance à l'usure, la compatibilité avec le milieu et la température, ainsi que la faible friction. Sur la base des spécifications détaillées, des types et matériaux d'étanchéité appropriés doivent être sélectionnés.

De plus, le choix du procédé de soudage a également un impact significatif sur les performances d'étanchéité. Le choix d'une méthode de soudage appropriée pour différents matériaux et épaisseurs peut améliorer efficacement la qualité des soudures afin d'assurer la résistance et l'étanchéité globales du système.

Image du produit fini du boîtier inférieur du pack de stockage d'énergie par immersion liquide unitaire

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Avec l'augmentation continue de la densité de puissance et de la chaleur des produits électroniques, la gestion thermique fait face à des défis de plus en plus sévères,Le refroidissement liquide devient progressivement la solution dominante en raison de ses performances de refroidissement efficaces, de sa faible consommation d'énergie, de son faible bruit et de sa haute fiabilité.

La solution de refroidissement liquide utilise l'assemblage de la plaque froide avec le groupe de batteries (ou d'autres sources de chaleur) et fait circuler un fluide de refroidissement pour évacuer la chaleur générée par la source de chaleur,Cette chaleur est ensuite transférée par un ou plusieurs circuits de refroidissement, pour finalement dissiper la chaleur du système de stockage d'énergie dans l'environnement extérieur.

En tant que composant essentiel du système de refroidissement liquide, la plaque de refroidissement liquide est un composant de dissipation de chaleur efficace, dont la fonction principale est d'évacuer la chaleur générée par la batterie (ou d'autres sources de chaleur) par la circulation du fluide de refroidissement, maintenant ainsi l'équipement dans une plage de température de fonctionnement sûre.Si les canaux de la plaque de refroidissement liquide ne sont pas propres, cela peut nuire à la régularité de la circulation du fluide de refroidissement. Des particules étrangères trop grosses peuvent provoquer un blocage ou un ralentissement du fluide de refroidissement, empêchant ainsi une dissipation efficace de la chaleur et compromettant l'efficacité thermique et les performances globales des équipements électroniques.

La présence de résidus dans les canaux peut détériorer la couche de protection oxydée des parois métalliques, entraînant une corrosion ou une érosion de la plaque de refroidissement liquide. De plus, les impuretés dans les canaux peuvent provoquer un mauvais contact entre les composants, ce qui peut accélérer le vieillissement ou l'endommagement des joints, augmentant ainsi le risque de fuites et compromettant la stabilité à long terme du système.

1-Exigences de propreté des canaux des plaques de refroidissement liquide

Les solutions actuelles de boîtiers de refroidissement liquide pour le stockage d'énergie exigent généralement qu'il n'y ait pas de corps étrangers, de copeaux d'aluminium, de résidus d'huile ou de liquide dans les canaux. Dans certains cas, des exigences spécifiques sont formulées concernant la masse des impuretés et la taille des particules dures et molles.

2-Étapes à haut risque de contamination des canaux lors de la fabrication des plaques de refroidissement liquide

Lors de la fabrication de composants de type plaques de refroidissement, notamment les canaux internes et les structures des interfaces de refroidissement, des résidus d'huile, du liquide de refroidissement pour le découpage, des copeaux métalliques et d'autres corps étrangers peuvent facilement pénétrer dans les canaux pendant les étapes de découpe, de façonnage des canaux, etc. Les zones d'usinage étant situées directement à l'entrée des canaux, leur protection est difficile, et les copeaux qui y pénètrent sont difficiles à éliminer.

Usinage des composants des plaques de refroidissement liquide : nettoyage des canaux et ébavurage

Après l'usinage des canaux des plaques de refroidissement, les composants tels que des bouchons et des embouts sont soudés pour former des canaux fermés. La structure des canaux est généralement non linéaire, ce qui crée des zones difficiles à nettoyer.

Lors du processus d'usinage après le soudage des plaques de refroidissement, une grande quantité de liquide de refroidissement de coupe est utilisée pour refroidir les outils et les pièces, générant ainsi une quantité importante de copeaux métalliques. Cette étape comporte un risque élevé de contamination par le liquide de refroidissement et les copeaux, qui sont difficiles à éliminer complètement, constituant ainsi un risque majeur de contamination des canaux.

3-Nettoyage et protection des canaux de la plaque de refroidissement liquide

Afin de garantir la fiabilité et la performance des composants de la plaque de refroidissement liquide, des opérations de nettoyage rigoureuses sont généralement effectuées.Rinçage : Un nettoyeur haute pression est utilisé pour rincer les canaux internes de la plaque de refroidissement liquide afin d'éliminer les résidus, les particules ou autres impuretés éventuelles.Après le rinçage, les composants de la plaque de refroidissement liquide doivent être séchés pour s'assurer qu'il ne reste aucune trace d'humidité dans les canaux.

Usinage des composants de la plaque de refroidissement liquide : Rinçage et dégraissage

Les plaques de refroidissement liquide, comme les plaques de refroidissement, peuvent être facilement contaminées durant le processus de fabrication si elles ne sont pas correctement protégées. Des copeaux de métal, de l'huile et des liquides de coupe peuvent pénétrer dans le processus de fabrication. De plus, des corps étrangers peuvent facilement entrer lors du transport des plaques.La protection des canaux est généralement envisagée à l'avance, avec des protections telles que des adhésifs anti-poussière et des manchons de protection sur les embouts.

Le nettoyage des canaux internes des plaques de refroidissement est donc une mesure essentielle pour éliminer les contaminations et améliorer la propreté des canaux. En pratique, il est nécessaire de contrôler l'ensemble du processus. Sur cette base, des mesures spécifiques de contrôle de la contamination sont mises en place pour gérer efficacement les contaminations des canaux internes des plaques.

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Le boîtier de batterie pour le stockage d'énergie joue un rôle crucial dans le système de stockage. Ses fonctions principales incluent la protection contre les charges, la répartition uniforme de la chaleur, l'installation électrique et l'étanchéité.À mesure que les exigences en matière de densité d'énergie des batteries augmentent, l'aluminium devient une solution efficace pour améliorer les performances du système de batterie grâce à sa conductivité thermique élevée et sa faible densité.

Le design intégré des canaux de flux et des parois latérales du boîtier permet d'économiser les travaux de soudage dans les zones de charge critiques, améliorant ainsi la résistance structurelle. Cela garantit la sécurité et la stabilité dans des conditions de charge statique, de levage et de vibrations aléatoires, tout en améliorant la performance d'étanchéité du boîtier.

En outre, le design intégré contribue à réduire le nombre de pièces et à alléger le poids du boîtier. Fabriqué par procédé d'extrusion, il offre des coûts de moule bas, une fabrication aisée et une facilité de modification pour répondre aux besoins de flexibilité en fonction des volumes.

1-Principaux types de boîtiers inférieurs en aluminium extrudé pour le stockage d'énergie

La largeur du boîtier inférieur refroidi par liquide pour le stockage d'énergie est généralement comprise entre 790 et 810 mm, avec une hauteur variant de 40 à 240 mm. Il est divisé en types plat et à bride (voir illustration ci-dessous). La longueur du boîtier dépend de la capacité du produit de stockage d'énergie, avec des options courantes telles que 48s, 52s, 104s et d'autres spécifications.

Boîtier inférieur refroidi par liquide de type plat

Boîtier inférieur refroidi par liquide de type bride

2-Formes structurelles des boîtiers inférieurs en aluminium extrudé pour le stockage d'énergie

Le boîtier refroidi par liquide est la structure de base de l'ensemble du pack de batteries, composé d'une structure en cadre rectangulaire assemblée à partir d'un panneau de base avec des canaux, des joints, des buses, un cadre, des poutres, des supports et des oreilles de levage. Tous les composants sont en alliage d'aluminium.

Schéma d'assemblage des pièces du boîtier refroidi par liquide

Le boîtier refroidi par liquide doit avoir une capacité de charge suffisante et une résistance structurelle, ce qui impose des exigences élevées en matière de qualité de soudage, y compris le procédé de soudage, le contrôle de la classe de joint et les compétences des soudeurs, afin d'assurer la sécurité et la fiabilité en application réelle.

La technologie de refroidissement liquide impose des exigences élevées en matière d'étanchéité à l'air du boîtier de refroidissement liquide, y compris l'étanchéité à l'air du boîtier inférieur et celle des canaux de refroidissement liquide. De plus, les canaux de refroidissement liquide doivent supporter la pression d'écoulement du liquide de refroidissement, ce qui augmente encore les exigences en matière d'étanchéité des canaux de refroidissement liquide.

3-Exigences de qualité de soudage

Il est généralement requis que le panneau de base refroidi par liquide soit soudé par soudage par friction et mélange. Les bouchons du boîtier refroidi par liquide de type plat sont également soudés par ce procédé. En général, le retrait de la soudure par friction ne doit pas dépasser 0,5, et il ne doit pas y avoir de métal tombant ou de parties métalliques qui pourraient tomber en raison de vibrations.

Les canaux de refroidissement liquide, les cadres, les buses, les oreilles de levage, les poutres transversales et autres accessoires sont souvent soudés par TIG ou CMT. Compte tenu des différentes exigences de performance des pièces, les canaux de refroidissement, les cadres, les buses et les oreilles de levage sont tous soudés par pleine soudure, tandis que les poutres transversales et les accessoires sont soudés par sections. La planéité de la zone des poutres de module de batterie avant et arrière doit être inférieure à 1,5 mm pour un module unique et inférieure à 2 mm pour l'ensemble ; la planéité du cadre doit respecter ± 0,5 mm pour chaque augmentation de 500 mm de longueur.

An la surface de la soudure, aucune fissure, manque de pénétration, manque de fusion, porosité de surface, inclusion de laitier visible ou soudure incomplète n'est autorisée. En général, la hauteur de la soudure de la buse ne doit pas dépasser 6 mm, et les autres soudures ne doivent pas dépasser la surface inférieure du boîtier, les soudures à l'intérieur des poutres de modules avant et arrière ne doivent pas dépasser la surface intérieure.

La profondeur de la soudure doit répondre aux exigences des normes applicables. Pour les joints soudés par arc, la résistance à la traction doit être d'au moins 60 % de la valeur minimale de résistance à la traction du matériau de base ; pour les joints de soudage laser et par friction, la résistance à la traction doit être d'au moins 70 % de la valeur minimale de résistance à la traction du matériau de base.

De plus, le soudage du boîtier inférieur doit également satisfaire aux normes d'étanchéité IP67. Par conséquent, pour le traitement après soudage, il est généralement demandé que les scories et les soudures dans la zone des poutres de modules avant et arrière soient polies à plat ; le soudage externe du plateau ne doit pas être poli, et les soudures sur les surfaces d'étanchéité doivent être lisses et sans différence de hauteur notable avec le cadre.

Tableau : Sélection des techniques de fabrication des caissons inférieurs à refroidissement liquide pour le stockage d'énergie et applications typiques

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Un dissipateur thermique a pour rôle d'augmenter la surface de transfert thermique dans un espace de volume donné. En optimisant la forme de la structure, on peut améliorer l'efficacité de transfert thermique de la surface vers le fluide environnant. Le traitement de surface, entre autres, permet d’augmenter la surface de transfert effective, renforçant ainsi le refroidissement et permettant un meilleur contrôle de la température.

Dans les applications à faible densité de puissance volumétrique et de densité de flux thermique, les dissipateurs thermiques à ailettes droites et rectangulaires sont très appréciés des ingénieurs pour leur structure simple, leur coût de fabrication raisonnable et leur bonne performance de dissipation thermique.

Comparaison des différentes méthodes de transfert de chaleur

1-Conception des ailettes de dissipateur thermique

Un dissipateur thermique agit comme une surface de dissipation élargie et se concentre principalement sur des paramètres tels que la hauteur, la forme, l'espacement des ailettes et l'épaisseur de la plaque de base.

Dimensions du dissipateur thermique à ailettes plates

D'après le schéma ci-dessus, on peut calculer la surface de dissipation étendue du dissipateur thermique:

Surface d'une seule ailette:A_f = 2L（h+t/2），

Surface des espaces：A_b= Lh，

Surface totale de dissipation thermique：At=nA_f +(n±1)A_b (n étant le nombre d’ailettes).

Vue en coupe des ailettes

La fonction principale des ailettes est d’augmenter la surface pour améliorer l’efficacité de transfert de chaleur.L’espacement, l’épaisseur et la hauteur des ailettes sont des facteurs clés pour déterminer le nombre, la répartition et la surface des ailettes.Comme indiqué dans le schéma, lorsque h↑ ou t↓, les ailettes deviennent plus hautes, plus minces et plus denses, augmentant la surface de dissipation.

Lorsque la surface des ailettes augmente, leur contact avec l’air augmente également, facilitant ainsi la dissipation thermique.Les ingénieurs peuvent également augmenter la surface des dissipateurs en optimisant la forme des ailettes, comme ondulées ou dentelées.

Bien qu’une plus grande surface de dissipation thermique améliore l’effet de refroidissement, cela ne signifie pas nécessairement que plus grand est toujours mieux.Que ce soit pour la dissipation naturelle ou le refroidissement forcé, l’espacement des ailettes est un facteur déterminant du coefficient de transfert thermique de l’air.

Impact de l’espacement et de la hauteur des ailettes sur l’efficacité de dissipation thermique

En cas de dissipation naturelle, les variations de température à la surface du dissipateur provoquent une convection naturelle et le flux de la couche limite d’air le long des ailettes. Un espacement trop petit entrave ce processus.En cas de refroidissement forcé, l’épaisseur de la couche limite des ailettes est comprimée, l’espacement peut être plus étroit, mais il est limité par les méthodes de fabrication et les éléments moteurs. L’équilibre entre l’épaisseur et la hauteur des ailettes est donc crucial.

2-Conception du substrat du dissipateur thermique

L’épaisseur du substrat est un facteur crucial dans l’efficacité d’un dissipateur thermique. Si le substrat est trop mince, la résistance thermique entre les ailettes éloignées de la source de chaleur est plus élevée, provoquant une répartition inégale de la température et une résistance moindre aux chocs thermiques.

L’augmentation de l’épaisseur du substrat peut corriger la répartition inégale de la température et accroître la résistance aux chocs thermiques. Cependant, un substrat trop épais pourrait provoquer une accumulation de chaleur et réduire ainsi la conductivité thermique.

Schéma du principe de fonctionnement du dissipateur thermique

Comme illustré ci-dessus :

lorsque la surface de la source de chaleur est inférieure à celle de la plaque de base, la chaleur doit se diffuser du centre vers les bords, ce qui crée une résistance thermique de diffusion. La position de la source de chaleur affecte également cette résistance. Si la source est proche du bord du dissipateur, la chaleur peut être plus facilement dissipée par le bord, réduisant ainsi la résistance de diffusion.

Remarque : la résistance thermique de diffusion désigne la résistance rencontrée dans la conception d’un dissipateur thermique lorsque la chaleur se diffuse du centre de la source de chaleur vers les bords. Ce phénomène se produit généralement lorsque la surface de la source de chaleur est nettement inférieure à celle de la plaque de base, nécessitant la diffusion de la chaleur d’une petite zone vers une zone plus large.

3-Procédé de connexion entre les ailettes et la plaque de base

La méthode de connexion entre les ailettes du dissipateur et la plaque de base comprend généralement plusieurs techniques pour garantir une bonne conduction thermique et une stabilité mécanique. Elle se divise principalement en deux catégories : intégrée et non intégrée.

Les dissipateurs intégrés, où les ailettes et la plaque de base forment un ensemble unique, ne présentent pas de résistance thermique de contact. Les procédés sont principalement les suivants :

l Moulage sous pression de l’aluminium : après avoir fondu les lingots d’aluminium, celui-ci est injecté sous haute pression dans un moule métallique. Le dissipateur est alors moulé directement, permettant ainsi de réaliser des ailettes de formes complexes.

l Extrusion de l’aluminium : une fois l’aluminium chauffé, il est placé dans un cylindre d’extrusion et soumis à une pression pour le faire sortir par un moule spécifique, obtenant ainsi un matériau brut avec la forme et les dimensions de la section souhaitée, ensuite usiné.

l Le forgeage à froid permet de réaliser des ailettes de dissipation fines avec un coefficient de conductivité thermique élevé, bien que les coûts soient relativement élevés. Cette méthode est meilleure pour traiter des formes spéciales que l’extrusion d’aluminium.

l Les dissipateurs à rainures peuvent être en cuivre, avec un coefficient de conductivité thermique élevé, et les ailettes peuvent être très fines. Les ailettes sont directement sculptées à partir de la plaque de base, mais de fortes tensions peuvent déformer les ailettes hautes ou longues.

Dans la fabrication non intégrée, les ailettes de refroidissement et la plaque de base sont usinées séparément, puis assemblées par des procédés tels que le soudage, le rivetage ou le collage. Les principaux procédés sont :

l Soudure : Les ailettes et la plaque de base sont connectées par un matériau de soudage, comprenant le brasage à haute température et le brasage à basse température ;

La soudure présente de bonnes performances de transfert de chaleur ; pour souder des substrats en aluminium et des ailettes, un placage au nickel est nécessaire, ce qui augmente le coût et n'est pas adapté aux dissipateurs de grande taille ; le brasage ne nécessite pas de placage au nickel, mais le coût de soudure reste élevé.

l Rivetage : Les ailettes sont insérées dans la rainure de la plaque de base, puis la rainure est pressée vers le centre par un moule pour maintenir fermement les ailettes de refroidissement et réaliser une connexion solide.

L'avantage du rivetage est sa bonne performance de transfert de chaleur, mais les produits rivetés présentent un risque de jeu et de relâchement après une utilisation répétée ; il est possible d'améliorer le processus de rivetage pour accroître la fiabilité, mais cela entraîne également une augmentation des coûts. Par conséquent, les dissipateurs à rivet sont souvent utilisés dans des situations où les exigences de fiabilité ne sont pas élevées.

l Collage : En général, on utilise une résine époxy thermoconductrice pour coller fermement les ailettes de refroidissement à la plaque de base, permettant ainsi la conduction thermique.

Le collage utilise de la résine époxy thermoconductrice, dont le coefficient de conductivité thermique est beaucoup plus faible que celui des soudures, mais qui est adapté aux ailettes plus hautes, aux rapports élevés et aux dissipateurs à petit espacement. Il peut être utilisé dans des scénarios où les exigences en matière de performance thermique ne sont pas élevées.

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Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

SIMULATION FLUIDE

Utilisation de logiciels de simulation pour analyser les performances thermiques des radiateurs et des plaques froides.

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

Dans un système de refroidissement liquide, les plaques froides sont placées directement au fond de la batterie ou insérées dans les espaces entre les batteries. Après avoir circulé dans le système de refroidissement, le liquide de refroidissement est refroidi par l'échangeur de chaleur puis renvoyé dans le système.

L'enveloppe du pack de batteries en aluminium est principalement composée d'un cadre en profilés d'aluminium et d'une plaque de base en profilés d'aluminium, construite à partir de profilés extrudés de la série 6 qui sont soudés ensemble. Pour garantir la résistance des soudures et l'étanchéité, on choisit souvent le soudage par friction-malaxage, qui présente de faibles déformations. Les éléments standards généralement adaptés aux profilés en aluminium incluent des inserts filetés en acier, des écrous à sertir et des écrous à riveter. À l'exception des pièces standard, le reste est composé à 100 % d'alliage d'aluminium. La coque présente une résistance élevée, un poids léger et une bonne résistance à la corrosion.

Les véhicules à nouvelle énergie désignent des voitures qui utilisent des carburants de véhicule non conventionnels comme source d'énergie (ou utilisent des carburants de véhicule conventionnels avec de nouveaux systèmes de propulsion embarqués), intégrant des technologies avancées dans le contrôle de la puissance des véhicules et la conduite. Ils reposent sur de nouvelles technologies et structures qui incarnent des principes techniques avancés.

SUGGESTIONS D'OPTIMISATION DE LA DFM

Help reduce potential errors and defects throughout the production process, ensuring that the product meets the quality standards required by the design.

Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

Utilisation des énergies propres:

Le climat, l'environnement, les ressources et l'énergie sont étroitement liés à l'économie nationale et au bien-être des citoyens. Traiter ces questions connexes détermine si la société humaine peut parvenir à un développement durable. Sous la pression des pénuries d'énergie et de la pollution environnementale, les véhicules à batteries de stockage d'énergie et les véhicules à hydrogène ont devenu les principales orientations du développement de l'industrie des véhicules à nouvelle énergie.

Légèreté automobile:

Considérant que 75 % de la consommation d'énergie est liée au poids des véhicules, la légèreté est un moyen technologique important pour économiser de l'énergie, réduire la consommation et augmenter l'autonomie des véhicules à nouvelle énergie. La conception légère est l'un des principaux facteurs moteurs pour réduire la consommation d'énergie des véhicules aujourd'hui. L'utilisation de nouveaux matériaux légers, l'optimisation des structures et l'amélioration des procédés sont des voies clés pour réaliser la légèreté automobile.

Gestion thermique:

Pour les véhicules électriques à stockage d'énergie, la gestion thermique deviendra une technologie clé pour réaliser une charge rapide et améliorer l'autonomie. n ce qui concerne les véhicules à hydrogène, la gestion de l'eau et de la chaleur est une technologie essentielle dans le développement des systèmes de propulsion à hydrogène, ayant une influence déterminante sur les performances, la sécurité et la durée de vie du système de propulsion global.

Typiquement, l'air extérieur est utilisé comme dissipateur de chaleur, transférant la chaleur générée par les puces au radiateur à travers différents médiums et interfaces pour la dissipation thermique.

Grâce à un degré élevé d'intégration, le coût et le poids des systèmes de propulsion électrique ont été réduits. Les grands constructeurs automobiles nationaux et étrangers disposent de diverses formes intégrées de systèmes de propulsion électrique, notamment trois en un, quatre en un et six en un. -un, sept en un, huit en un, etc. Dans le domaine des groupes motopropulseurs de véhicules à énergie nouvelle, Walmate développe et fabrique des pièces structurelles d'assemblage d'entraînement de véhicule à énergie nouvelle qui intègrent des commandes électroniques, des moteurs, des contrôleurs de véhicule, des réducteurs et des produits de charge.

TESTS DE PRODUITS

Nous fournissons des procédures de test personnalisées pour répondre aux exigences des clients.

Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

L'IGBT est le composant central du moteur de propulsion dans les véhicules à nouvelle énergie, jouant un rôle déterminant dans l'efficacité, la densité de puissance et la fiabilité du système de propulsion électrique. Il peut être considéré comme le "cœur du véhicule." Le principal dispositif générant de la chaleur dans le système de contrôle électrique des véhicules à nouvelle énergie est l'onduleur, dont la fonction est de convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif capable de faire fonctionner le moteur. Au cours de ce processus, l'IBGT de l'onduleur générera une grande quantité de chaleur et sa stabilité thermique deviendra la clé pour évaluer les performances du système d'entraînement électrique.

Résumé: Les piles à hydrogène, également appelées piles à hydrogène à membrane échangeuse de protons (PEMFC), sont largement utilisées dans les stations de recharge pour véhicules électriques, les automobiles et d'autres installations de production d'énergie en raison de leurs avantages en termes d'efficacité, d'émissions nulles et de non-pollution. Les véhicules à hydrogène à pile à combustible émettent de la chaleur pendant leur fonctionnement, qui est 3 à 5 fois plus élevée que celle des véhicules à carburant traditionnel. Cet article présente brièvement les technologies actuelles de dissipation thermique des piles à hydrogène.

1-Principe de fonctionnement des piles à hydrogène

Les piles à hydrogène libèrent une grande quantité de chaleur pendant leur fonctionnement, répartie comme suit : environ 55 % provient des réactions électrochimiques, 35 % des réactions électrochimiques irréversibles, 10 % de la chaleur de Joule, et environ 5 % de la chaleur de condensation et d'autres pertes thermiques. La chaleur générée par les piles à hydrogène est approximativement égale à l'énergie électrique qu'elles produisent. Si la chaleur n'est pas dissipée en temps utile, la température interne de la pile augmentera considérablement, ce qui affectera sa durée de vie.

Principe de la réaction PEM

2-Dissipation thermique des piles à hydrogène

Comparés aux véhicules à carburant, les véhicules à hydrogène à pile à combustible produisent une chaleur plus élevée et ont un système plus complexe. De plus, en raison des limites de température de fonctionnement des piles à hydrogène, la différence de température entre les piles et l'environnement externe est réduite, ce qui rend le système de refroidissement plus difficile à gérer. La température de fonctionnement des piles à hydrogène a un impact significatif sur la résistance à l'écoulement des fluides, l'activité des catalyseurs, l'efficacité du stack et la stabilité, nécessitant donc un système de refroidissement efficace. 

La technologie de refroidissement liquide est actuellement la principale technologie utilisée pour les piles à hydrogène dans les véhicules. Elle vise à réduire la consommation d'énergie de la pompe en abaissant la perte de pression du système, à éliminer la chaleur excédentaire des piles à hydrogène avec une consommation d'énergie minimale, et à optimiser la distribution des canaux de fluide de travail circulant pour réduire la différence de température interne et améliorer l'uniformité de la répartition de la température des piles.

Environ 90 % de la chaleur produite par les piles à hydrogène est dissipée par conduction thermique et convection, tandis que 10 % est dispersée dans l'environnement externe par rayonnement. Les méthodes de refroidissement traditionnelles comprennent le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par changement de phase.

3-Transfert de chaleur dans le système PEMFC

 3.1 Refroidissement du stack

Après la génération de chaleur à l'intérieur du PEMFC, cette chaleur est transférée entre les différents composants du PEMFC et l'environnement externe. Le transfert thermique à l'intérieur du stack de piles à hydrogène dépend principalement de la résistance thermique de chaque composant ainsi que de la résistance thermique de contact entre les différents composants. Étant donné que la couche de diffusion des gaz sert de « pont » entre les principaux composants générateurs de chaleur (les électrodes à membrane) et les principaux composants de dissipation thermique (les plaques bipolaires), la taille de sa résistance thermique et celle de son contact avec d'autres composants ont un impact significatif sur les performances de transfert thermique du PEMFC. De plus, la résistance thermique de contact entre les différents composants influence également le transfert thermique interne du stack de piles à hydrogène.

3.2 Transfert thermique du fluide de refroidissement

Les méthodes de refroidissement des piles à hydrogène incluent le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par changement de phase. Les facteurs influençant le transfert thermique du fluide de refroidissement comprennent les extrémités du stack PEMFC, le fluide de refroidissement lui-même et les échangeurs de chaleur. Le fluide de refroidissement entre directement en contact avec les plaques bipolaires aux extrémités du stack PEMFC, ce qui rend la structure des canaux du fluide de refroidissement cruciale pour son efficacité thermique. En outre, les propriétés du fluide de refroidissement affectent également le processus de transfert thermique associé. Compte tenu de l'espace disponible limité, l'utilisation d'un fluide de refroidissement ayant une capacité thermique plus élevée peut réduire la taille des échangeurs de chaleur et améliorer les performances de gestion thermique du PEMFC. Par conséquent, la demande pour des fluides de refroidissement plus efficaces devient de plus en plus évidente.

Nous mettrons régulièrement à jour les technologies et les informations sur la conception thermique et l'allègement et les partagerons avec vous pour votre référence. Merci de votre attention envers Walmate.