La tenuta stagna del pacco batteria è un fattore chiave per garantire la qualità e la sicurezza del pacco batteria. È correlata alla sicurezza, all'affidabilità e alla durata del pacco batteria. Il test di tenuta stagna del pacco batteria deve essere eseguito non solo durante il processo di produzione, ma anche durante la manutenzione e l'ispezione della batteria.

1-Requisiti di tenuta stagna del pacco batteria

Nella produzione effettiva, la tenuta stagna del pacco batteria deve soddisfare i seguenti requisiti:

Prestazioni di tenuta: l'involucro del pacco batteria, l'interfaccia e i connettori devono avere buone prestazioni di tenuta per impedire a polvere, vapore acqueo e altre impurità esterne di entrare nel pacco batteria, il che può essere ottenuto tramite saldatura, sigillanti, materiali impermeabili, ecc.

Prestazioni impermeabili, per impedire all'umidità di entrare nella batteria, causando cortocircuiti, corrosione e altri problemi. Secondo lo standard nazionale GB38031-2020 "Requisiti di sicurezza per batterie di alimentazione per veicoli elettrici", le prestazioni di tenuta delle batterie e dei loro componenti devono soddisfare lo standard IP67. La maggior parte dei nuovi veicoli energetici ha requisiti di prestazioni di tenuta più elevati per le batterie e i loro componenti e deve soddisfare lo standard IP68, ovvero il pacco batteria può impedire all'acqua di entrare entro la profondità dell'acqua e il tempo di immersione specificati.

I metodi tradizionali di prova di tenuta all'aria includono il metodo di pressione e il metodo di immersione (prova in acqua). Il metodo di immersione consiste nell'immergere la piastra di raffreddamento a liquido in acqua e osservare se vengono generate bolle per giudicare la tenuta.

Piastra di raffreddamento a liquido Canale dell'acqua Serbatoio di prova di tenuta dell'aria

Sebbene lo standard IP68 sia più rigoroso, nelle applicazioni reali, il metodo della caduta di pressione è spesso utilizzato come metodo di rilevamento principale per soddisfare i requisiti IP68 impostando standard di rilevamento della tenuta stagna appropriati. Il metodo della caduta di pressione determina la tenuta stagna del pacco batteria misurando la variazione di pressione all'interno del pacco batteria. Quando si eseguono test di tenuta stagna, è necessario prestare attenzione a più parametri, come pressione di gonfiaggio, tempo di gonfiaggio, tempo di stabilizzazione della pressione e tasso di perdita.

（lato sinistro）Diagramma del principio di base della pressione differenziale

（lato destro）Diagramma del principio di base della pressione diretta

2-Analisi del problema di perdita della piastra di raffreddamento a liquido

Con il continuo aggiornamento della domanda di mercato per veicoli a batteria, sistemi di accumulo di energia a batteria, ecc., vengono ampiamente utilizzati pacchi batteria con densità di energia e densità di potenza più elevate. A causa delle caratteristiche termiche delle batterie, per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature principali come le batterie e migliorare l'efficienza di utilizzo dell'energia, la tecnologia di raffreddamento a liquido è una delle principali vie tecniche per la gestione termica dell'accumulo di energia e il test di tenuta all'aria del sistema di raffreddamento a liquido è diventato un collegamento chiave.

La perdita dalla piastra di raffreddamento a liquido è un problema serio: la perdita ostacolerà il normale flusso del refrigerante, comprometterà l'effetto di dissipazione del calore della piastra di raffreddamento a liquido e ridurrà le prestazioni dell'apparecchiatura; la perdita può anche causare l'invecchiamento e il danneggiamento dei componenti del sistema, riducendone l'affidabilità; la perdita può anche corrodere i componenti e i circuiti elettronici, aumentando il rischio di guasti e incendi dell'apparecchiatura.

Perché il problema delle perdite si verifica ancora dopo rigorosi test di tenuta all'aria durante il processo di produzione e fabbricazione della piastra di raffreddamento a liquido?

Processo di prova di tenuta all'aria del sistema di raffreddamento a liquido

Le infiltrazioni di liquidi possono essere causate da diversi fattori:

l Piccole crepe e difetti:I test di tenuta all'aria del paesaggio possono rilevare grandi canali di perdita, ma piccole crepe e difetti possono comunque esistere. Queste piccole crepe possono espandersi sotto la pressione del liquido o in un ambiente ad alta temperatura, causando infiltrazioni di liquido.

l Differenze di tensione superficiale e bagnabilità del refrigerante: quando la tensione superficiale del refrigerante è bassa, è più facile penetrare attraverso piccole fessure. Se la progettazione della tensione superficiale della piastra fredda del liquido non è ragionevole o il refrigerante non è selezionato correttamente, il problema di infiltrazione del liquido potrebbe aggravarsi.

Differenze di bagnabilità: diversi refrigeranti hanno una diversa bagnabilità sulle superfici solide. Se la rugosità superficiale del materiale della piastra fredda liquida è elevata o ci sono difetti microstrutturali, il refrigerante potrebbe penetrare più facilmente.

l Problemi di installazione o di processo: se il processo di installazione della piastra di raffreddamento del liquido non è sufficientemente accurato o se sono presenti difetti nella saldatura, nel collegamento e in altri processi, ciò potrebbe causare una scarsa tenuta e aumentare la possibilità di infiltrazioni di liquido.

l Condizioni ambientali: i cambiamenti di temperatura, specialmente in ambienti ad alta pressione, possono influenzare la permeabilità del refrigerante. Sebbene questi fattori ambientali possano non essere considerati durante i test di tenuta all'aria, nel funzionamento effettivo, le fluttuazioni di temperatura possono causare guasti alla guarnizione.

l Invecchiamento o affaticamento del materiale: se il materiale della piastra di raffreddamento del liquido viene utilizzato per troppo tempo, potrebbe invecchiare o affaticarsi, deteriorando le sue prestazioni di tenuta e aumentando così il rischio di perdite di liquido.

3-Misure preventive per perdite della piastra di raffreddamento a liquido

l Migliorare la progettazione della piastra di raffreddamento a liquido: ottimizzando la struttura e la progettazione della piastra di raffreddamento a liquido, ridurre piccole crepe e difetti e migliorare le sue prestazioni di tenuta. Ad esempio, quando si salda la trave di installazione del modulo sulla superficie del canale di flusso, adottare misure anti-perdita per evitare perdite di refrigerante.

l Migliorare il livello del processo di produzione: nel processo di produzione della piastra di raffreddamento a liquido, vengono utilizzati processi di saldatura e materiali di alta qualità per garantire che il refrigerante non sia facile da penetrare. Allo stesso tempo, durante il processo di assemblaggio, seguire rigorosamente le procedure operative per evitare allentamenti o installazioni errate.

l Ottimizza la combinazione di metodi di rilevamento per garantire l'efficienza del rilevamento migliorando al contempo la precisione del rilevamento e riducendo il tasso di rilevamento mancato. Il metodo di immersione e il metodo di caduta di pressione vengono utilizzati per il rilevamento della tenuta all'aria, che è semplice da utilizzare, economico ed efficiente ed è adatto per esigenze di rilevamento di routine su larga scala. Tuttavia, la precisione di rilevamento dei due metodi è bassa. La precisione di rilevamento del metodo di caduta di pressione è generalmente una velocità di perdita di 1×10-4Pa·m³/s e la precisione dei risultati di rilevamento è facilmente influenzata da fattori quali temperatura, umidità, pulizia e pressione. Utilizzare apparecchiature di rilevamento con una maggiore precisione di rilevamento e un effetto migliore per aumentare la precisione di rilevamento a 1×10-6Pa·m³/s, migliorando così l'effetto di rilevamento.

Oltre alle misure preventive per la piastra di raffreddamento a liquido stessa, è anche necessario adottare strategie di risposta appropriate sotto molteplici aspetti, come la scelta del refrigerante, la scelta della guarnizione e l'ambiente di lavoro dell'apparecchiatura.

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Nella progettazione della dissipazione del calore, l'adozione di metodi efficaci di riduzione dei costi può migliorare l'affidabilità e l'efficienza del sistema complessivo, riducendo al contempo i costi inutili.

1-Il design di derating riduce i costi

Il design di derating è un metodo di progettazione che riduce intenzionalmente gli stress elettrici, termici e meccanici a cui sono sottoposti componenti o prodotti durante il funzionamento. Negli scenari di produzione e utilizzo effettivi, la stabilità delle apparecchiature elettroniche può essere migliorata riducendo lo stress sopportato dai componenti.

Diagramma schematico dei percorsi di dissipazione del calore per imballaggi 2D e 3D

l Riduzione dello stress lavorativo: durante la progettazione e il funzionamento del prodotto, lo stress lavorativo dei componenti può essere ridotto riducendo il carico di lavoro, controllando la frequenza operativa, limitando la corrente e la tensione, ecc.

l Ridurre lo stress ambientale: ridurre lo stress ambientale selezionando tipologie di componenti, layout e forme di imballaggio appropriate, ad esempio selezionando componenti con un ampio margine di temperatura o utilizzando forme di imballaggio con una buona tenuta per ridurre gli effetti della temperatura, dell'umidità e della pressione sui componenti.

l Applicazione dell'ingegneria dell'affidabilità: progettazione ridondante ragionevole, rilevamento e isolamento dei guasti, ecc., riducono ulteriormente il rischio di guasto dei componenti.

Riducendo lo stress sui componenti durante il funzionamento, è possibile ridurre il loro consumo di energia e la generazione di calore. Quando i dispositivi di potenza funzionano in condizioni di stress inferiori allo stress nominale, è possibile ridurre il loro consumo di energia e la generazione di calore, il che aiuta a migliorare l'efficienza energetica e l'affidabilità del sistema. A lungo termine, la progettazione del derating aumenta efficacemente la durata dei componenti, riduce i tassi di guasto, riduce il carico di lavoro di manutenzione e quindi riduce i costi.

2-Ottimizzare il layout

L'efficienza di funzionamento del radiatore può essere notevolmente migliorata mediante una disposizione ragionevole dei componenti termici; una strategia di disposizione dei componenti ragionevole può raggiungere un equilibrio tra prestazioni del prodotto e costi.

l Distribuire i componenti di dissipazione del calore: disperdere i componenti che generano grandi quantità di calore per ridurre il carico termico per unità di superficie.

l Posizione che favorisca la dissipazione del calore: posizionare l'elemento riscaldante in una posizione che favorisca la dissipazione del calore, ad esempio vicino a una presa d'aria o al bordo del dispositivo.

l Disposizione sfalsata: durante la disposizione, sfalsare i componenti riscaldanti rispetto agli altri componenti generali e cercare di rendere i componenti riscaldanti principalmente sensibili alla temperatura per ridurre il loro impatto sui componenti sensibili al calore.

l Miglioramento del flusso d'aria: modificando la progettazione della direzione e la disposizione dei componenti, il percorso del flusso d'aria viene ottimizzato, la portata aumenta e il coefficiente di trasferimento del calore viene migliorato.

Raccomandazioni sulla spaziatura tra i componenti

3-Scelta del metodo di raffreddamento

Man mano che le prestazioni dei componenti elettronici migliorano e il grado di integrazione aumenta, la densità di potenza continua ad aumentare, con conseguente aumento significativo del calore generato dai componenti elettronici durante il funzionamento. Quando si sceglie un metodo di dissipazione del calore per i componenti elettronici, i requisiti di controllo della temperatura includono principalmente i seguenti aspetti:

l Intervallo di temperatura: diversi componenti hanno diversi intervalli di tolleranza della temperatura. Ad esempio, i chip ad alte prestazioni come le CPU hanno requisiti di temperatura di esercizio compresi tra 85 e 100 °C, mentre alcuni dispositivi a bassa potenza possono tollerare temperature più elevate, quindi il sistema di raffreddamento deve garantire che i componenti funzionino entro un intervallo di temperatura sicuro.

l Precisione del controllo della temperatura: in alcuni scenari con severi requisiti di controllo della temperatura, è necessario adottare una soluzione di dissipazione del calore in grado di controllare accuratamente la temperatura per evitare il degrado delle prestazioni dei componenti o addirittura danni causati da temperature eccessivamente alte o basse.

l Temperatura ambiente: l'effetto di dissipazione del calore delle apparecchiature elettroniche non dipende solo dalla capacità di dissipazione del calore del dispositivo stesso, ma è anche influenzato dalla temperatura ambiente circostante. La progettazione della dissipazione del calore deve considerare le variazioni della temperatura ambiente e cercare di mantenere il dispositivo entro un intervallo di temperatura adeguato tramite mezzi di dissipazione del calore.

l Consumo energetico e affidabilità: alcuni componenti elettronici a bassa potenza possono utilizzare la dissipazione naturale del calore quando generano poco calore. Per le apparecchiature ad alto consumo energetico, è necessario attendere la tecnologia di dissipazione del calore delle università per garantire che mantenga prestazioni normali e prolunghi il funzionamento sotto carichi elevati durata di servizio.

l Sigillatura e densità: nei dispositivi assemblati sigillati e ad alta densità, se la generazione di calore non è elevata, è possibile fare affidamento sulla dissipazione naturale del calore. Quando i componenti sono densamente imballati e generano grandi quantità di calore, sono necessarie tecnologie di dissipazione del calore più efficaci come la dissipazione del calore forzata o il raffreddamento a liquido. Il raffreddamento a liquido e la tecnologia heat pipe sono utilizzati in scenari con elevato consumo energetico e grande generazione di calore, come componenti elettronici ad alta potenza come tubi a onda progressiva, magnetron e tubi amplificatori di potenza, server e apparecchiature ad alto consumo energetico e sistemi trielettrici di veicoli a nuova energia. I suoi vantaggi applicativi unici.

（lato sinistro）Modulo di raffreddamento dell'aria della pila di carica

（lato destro）Modulo di raffreddamento a liquido della pila di carica

Quando si sceglie un metodo di raffreddamento per componenti elettronici, è necessario considerare in modo completo fattori quali generazione di calore e flusso di calore, temperatura ambiente e temperatura di esercizio, vincoli di spazio e requisiti di isolamento termico, nonché costi e fattibilità. Utilizzando una tecnologia di raffreddamento e dispositivi di raffreddamento appropriati per garantire che i componenti funzionino a una temperatura adatta, il costo di sostituzione e manutenzione del sistema può essere ridotto in modo efficace. Inoltre, riutilizzare progetti storici è anche una strategia efficace per ridurre i costi di sviluppo e produzione e migliorare l'affidabilità.

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I vassoi batteria, noti anche come scatole batteria o scatole PACK, sono sempre più apprezzati come un componente molto importante nello sviluppo di nuovi veicoli energetici. La progettazione dei vassoi batteria deve bilanciare la relazione tra fattori quali peso, sicurezza, costo e prestazioni dei materiali. Le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate nell'ingegneria leggera automobilistica per la loro bassa densità e l'elevata resistenza specifica, che può garantire rigidità assicurando al contempo le prestazioni della carrozzeria del veicolo.

1- Posizione di saldatura del vassoio della batteria e selezione del metodo

I vassoi per batterie in alluminio sono realizzati con profili in alluminio estruso e i vari componenti vengono uniti in un tutto tramite saldatura per formare una struttura di telaio completa. Strutture simili sono ampiamente utilizzate anche nelle scatole per pacchi di accumulo di energia.

Le parti di saldatura del vassoio della batteria solitamente includono la giunzione della piastra inferiore, la connessione tra la piastra inferiore e il lato, la connessione tra il telaio laterale, le travi orizzontali e verticali, la saldatura dei componenti del sistema di raffreddamento a liquido e la saldatura di accessori come staffe e orecchie pendenti. Quando si selezionano i metodi di saldatura, verranno selezionati diversi metodi di saldatura in base ai diversi requisiti strutturali e dei materiali, vedere la tabella seguente:

2-Analisi dell'influenza della deformazione termica della saldatura

La saldatura è un metodo di lavorazione con riscaldamento locale. Poiché la fonte di calore è concentrata sulla saldatura, la distribuzione della temperatura sulla saldatura è irregolare, il che alla fine porta alla deformazione della saldatura e allo stress della saldatura all'interno della struttura saldata. La deformazione termica della saldatura è il fenomeno per cui la forma e le dimensioni delle parti saldate cambiano a causa dell'apporto e dell'emissione di calore irregolari durante il processo di saldatura. In combinazione con l'esperienza effettiva del progetto di ingegneria, le parti che sono soggette a deformazione termica della saldatura e i fattori che influenzano sono riassunti:

a.Area di saldatura lunga e dritta

Nella produzione effettiva, la piastra inferiore del vassoio della batteria è generalmente realizzata con 2-4 profili in lega di alluminio uniti insieme mediante saldatura a frizione. Le saldature sono lunghe e ci sono anche lunghe saldature tra la piastra inferiore e la piastra laterale e tra la piastra inferiore e la trave distanziatrice. Le saldature lunghe sono soggette a surriscaldamento locale nell'area di saldatura a causa dell'apporto di calore concentrato, con conseguente deformazione termica.

Saldatura del telaio del vassoio della batteria

b.Giunti multicomponente

È causato dal riscaldamento locale ad alta temperatura e dal successivo raffreddamento durante il processo di saldatura nella saldatura multicomponente. Durante il processo di saldatura, la saldatura è soggetta a un apporto di calore non uniforme, con conseguente differenza di temperatura significativa tra l'area di saldatura e il materiale madre circostante, che causa effetti di espansione e contrazione termica, causando la deformazione delle parti saldate. L'estremità dell'installazione elettrica della scatola del pacco di accumulo di energia è solitamente dotata di un ugello per l'acqua, una staffa per cablaggio, una trave, ecc. e le saldature sono dense e molto facili da deformare.

Nella zona ad alta intensità di saldatura, il lato anteriore del pallet è deformato e deformato

c.Parete laterale del canale della piastra fredda

Nel vassoio batteria con design integrato della piastra di raffreddamento a liquido, le parti con minore rigidità strutturale, come piastre sottili e strutture di tubi, non possono resistere bene alla deformazione termica durante la saldatura e sono soggette a deformazione. Ad esempio, la parete laterale del canale di flusso della piastra di raffreddamento a liquido è molto sottile, generalmente solo circa 2 mm. Quando si saldano travi, staffe del cablaggio e altre parti sulla superficie di montaggio del modulo, è facile causare crepe e pieghe di deformazione sulla parete laterale del canale di flusso, influenzando le prestazioni complessive.

Difetti di crepe termiche sulla parete del canale di raffreddamento del liquido causati dalla saldatura a trave

3-Metodo di controllo della deformazione termica della saldatura

a.Saldatura a segmenti, saldatura bilaterale

Per le parti con requisiti di resistenza relativamente bassi, viene adottata la saldatura segmentata e il processo di saldatura viene suddiviso in più piccole sezioni. Le saldature sono disposte simmetricamente e le saldature sono disposte simmetricamente vicino all'asse neutro nella sezione di costruzione, in modo che le deformazioni causate dalle saldature possano compensarsi a vicenda. Allo stesso tempo, la lunghezza e il numero di saldature sono ridotti al minimo e si evita un'eccessiva concentrazione o incrocio di saldature, il che può ridurre il gradiente di temperatura di saldatura e quindi ridurre la deformazione della saldatura. Per le parti con requisiti di resistenza elevati come la piastra inferiore, la piastra inferiore e il telaio laterale, viene adottata la saldatura bifacciale per aumentare la resistenza riducendo al contempo la deformazione da flessione causata da parti di grandi dimensioni e lunghe saldature.

b.Ottimizzazione della sequenza di saldatura

Controllare la deformazione della saldatura, utilizzare giunti con rigidità inferiore, evitare saldature intersecanti bidirezionali e tridirezionali ed evitare aree ad alto stress. Ottimizzare la sequenza di saldatura, saldare prima le aree con rigidità più debole e per ultime quelle con rigidità migliore, ad esempio saldare prima le saldature a filetto, poi le saldature corte e infine le saldature lunghe; saldare prima le saldature trasversali, poi quelle longitudinali. Una sequenza di saldatura ragionevole può controllare efficacemente la deformazione della saldatura, controllando così le dimensioni della saldatura.

c.Regolazione dei parametri di saldatura

Controllare i parametri e i processi di saldatura e impostare ragionevolmente la velocità di saldatura, il numero di strati di saldatura e lo spessore di ogni saldatura. Per saldature più spesse, utilizzare metodi di saldatura multistrato e multicanale e lo spessore di ogni strato di saldatura non deve superare i 4 mm. La saldatura multistrato può ridurre la microstruttura strutturale e migliorare le prestazioni del giunto. Controllare accuratamente i parametri di saldatura e selezionare ragionevolmente parametri quali corrente di saldatura, tensione, modello di elettrodo e velocità di saldatura per garantire forma e dimensioni coerenti del bagno fuso, evitando così errori causati da una selezione impropria dei parametri.

d.Miglioramento delle capacità di saldatura

Migliorare le capacità operative del saldatore (utilizzare lavorazioni meccaniche per componenti di grandi dimensioni o nodi con requisiti rigorosi) per garantire coerenza e standardizzazione delle azioni durante la saldatura e ridurre i problemi dimensionali causati da fattori umani.

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Le leghe di alluminio sono una delle categorie di materiali strutturali metallici non ferrosi più diffuse nell'industria, soprattutto in contesti in cui le prestazioni di conducibilità termica sono cruciali.  In applicazioni che richiedono un'elevata efficienza di trasferimento del calore, come nel raffreddamento di dispositivi elettronici, nel raffreddamento dei sistemi di potenza (powertrain) di veicoli elettrici, nel raffreddamento di sistemi di accumulo di energia a batteria e nel settore aerospaziale, vengono comunemente utilizzate per la fabbricazione di dissipatori di calore, piastre di conduzione termica e componenti elettronici ad alta efficienza di trasmissione del calore.

La conduttività termica, detta anche conduttività termica, è un indice di parametro che caratterizza la conduttività termica dei materiali. Indica la conduzione del calore per unità di tempo, area unitaria e gradiente di temperatura negativo. L'unità è W/m·K o W/m·℃. La lega di alluminio è un materiale di lega composto da alluminio e altri metalli. La sua conduttività termica è molto eccellente e il coefficiente di conduttività termica è solitamente compreso tra 140-200 W/(m·K). Essendo il metallo con il contenuto più elevato nella crosta terrestre, l'alluminio ha un coefficiente di conduttività termica relativamente basso. È favorito per la sua elevata altezza, bassa densità e basso prezzo.

1-Principio di conduttività termica dei materiali in lega di alluminio

Quando c'è una differenza di temperatura tra aree adiacenti di un materiale, il calore fluirà dall'area ad alta temperatura all'area a bassa temperatura attraverso la parte di contatto, con conseguente conduzione del calore. C'è un gran numero di elettroni liberi nei materiali metallici. Gli elettroni liberi possono muoversi rapidamente nel metallo e possono trasferire rapidamente il calore. La vibrazione reticolare è un altro modo di trasferimento del calore del metallo, ma passa in secondo piano rispetto al metodo di trasferimento degli elettroni liberi.

Confronto dei metodi di conduzione del calore tra metalli e non metalli

2-Confronto dei metodi di conduzione del calore tra metalli e non metalli

a.La lega è uno dei principali fattori che influenzano la conduttività termica. Gli elementi di lega esistono sotto forma di atomi di soluzione solida, fasi precipitate e fasi intermedie. Queste forme porteranno difetti cristallini, come lacune, dislocazioni e distorsione del reticolo. Questi difetti aumenteranno la probabilità di dispersione di elettroni, con conseguente riduzione del numero di elettroni liberi, riducendo così la conduttività termica delle leghe. Diversi elementi di lega producono diversi gradi di distorsione del reticolo sulla matrice di Al e hanno effetti diversi sulla conduttività termica. Questa differenza è il risultato di molteplici fattori come la valenza degli elementi di lega, le differenze di volume atomico, la disposizione degli elettroni extranucleari e il tipo di reazione di solidificazione.

b.Il trattamento termico è una fase molto importante nella lavorazione delle leghe di alluminio. Modificando la microstruttura e la trasformazione di fase delle leghe di alluminio, la sua conduttività termica può essere significativamente influenzata. Il trattamento in soluzione solida consiste nel riscaldare la lega di alluminio a una certa temperatura per sciogliere completamente gli atomi di soluto nella matrice, quindi raffreddarla rapidamente per ottenere una soluzione solida uniforme. Questo trattamento migliora le proprietà meccaniche del materiale ma solitamente ne riduce la conduttività termica. Il trattamento di invecchiamento avviene tramite un'adeguata deformazione a freddo e un nuovo riscaldamento dopo il trattamento in soluzione solida, che può ottimizzare la microstruttura della lega e migliorarne le prestazioni complessive. Il trattamento di invecchiamento tiene conto delle proprietà meccaniche e della conduttività termica della lega, in modo che la lega mantenga un'elevata resistenza pur avendo anche una buona conduttività termica. La ricottura migliora la microstruttura della lega mantenendola a una temperatura più bassa per precipitare e ridistribuire la seconda fase nella lega. Il trattamento di ricottura può migliorare la plasticità e la tenacità delle leghe di alluminio, ma l'effetto sulla conduttività termica varia a seconda della situazione specifica.

Diagramma schematico dei cambiamenti della struttura cristallina durante il processo di invecchiamento della lega Al-Cu

c.Altri fattori influenzano le impurità e le particelle della seconda fase: le impurità e le particelle della seconda fase (come ossidi, carburi, ecc.) nelle leghe di alluminio possono disperdere i portatori caldi (elettroni e fononi), riducendo così la conduttività termica. Maggiore è il contenuto di impurità, più grossolane sono le particelle della seconda fase e generalmente minore è la conduttività termica. Anche la dimensione dei grani delle leghe di alluminio influisce sulla conduttività termica. In generale, quanto più piccola è la dimensione dei grani, tanto maggiori sono i bordi dei grani e tanto minore è la conduttività termica. Inoltre, il metodo di lavorazione della lega di alluminio (come laminazione, estrusione, forgiatura, ecc.) ne influenzerà la microstruttura e lo stato di tensione residua, influenzando così la conduttività termica. L'incrudimento e le tensioni residue riducono la conduttività termica.

In sintesi, la lega di alluminio è una scelta ideale per materiali ad alta conduttività termica. Fattori come il tipo di elementi di lega nelle leghe di alluminio e le loro forme, metodi di trattamento termico, impurità, granulometria e metodi di stampaggio influenzeranno tutti la conduttività termica dei materiali in lega di alluminio. Si dovrebbero prendere in considerazione considerazioni complete quando si progetta la composizione del materiale e la pianificazione del processo.

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La tecnologia di raffreddamento a liquido per immersione nell'accumulo energetico è un metodo avanzato per il raffreddamento delle batterie, che sfrutta le elevate proprietà di conduzione termica dei liquidi, consentendo un raffreddamento rapido, diretto e completo delle batterie, garantendo il loro funzionamento in un ambiente sicuro ed efficiente. Il principio di base consiste nel immergere completamente le batterie di accumulo in un liquido isolante, non tossico e con capacità di dissipazione del calore. Questa tecnologia consente lo scambio di calore attraverso il contatto diretto del liquido con la batteria, assorbendo rapidamente il calore generato durante il processo di carica e scarica e trasferendolo al sistema di circolazione esterno per il raffreddamento.

Diagramma di principio del sistema di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione singolo

Il contenitore di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione funge da componente chiave per il supporto del pacco batteria e per garantire che le celle operino in un ambiente adeguato, assumendo principalmente le funzioni di supporto del pacco batteria e del liquido di raffreddamento, protezione della sicurezza e conduzione del calore. Pertanto, nella progettazione della struttura del contenitore, è necessario considerare in modo integrato vari aspetti come la tenuta, l'efficienza di raffreddamento, la sicurezza, la scelta dei materiali e i processi di lavorazione, per garantire il funzionamento efficiente, sicuro e affidabile del sistema. La progettazione della struttura del contenitore è la base dell'intero sistema di raffreddamento a liquido.

1-Carico uniforme

Il contenitore inferiore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione è costituito da una piastra di base e da pannelli laterali; la piastra di base funge da supporto fondamentale, mentre i pannelli laterali sono fissati attorno ad essa, formando insieme il telaio principale del contenitore. Le dimensioni del contenitore sono state adeguate considerando le esigenze complessive del sistema di raffreddamento a liquido e le condizioni di carico; nella progettazione di contenitori di grandi dimensioni, è possibile impostare in modo ragionevole setti interni o strutture di processo, suddividendo un grande spazio in più piccoli, aumentando l'area di carico e migliorando così la capacità di carico uniforme. La capacità di carico locale può essere migliorata aggiungendo nervature di supporto e rinforzi, e possono essere impostate strutture di distribuzione del carico all'interno del contenitore per bilanciare il carico in tutti gli angoli.

Inoltre, per ridurre l'influenza delle deformazioni plastiche sulla capacità di carico uniforme, le superfici di lavorazione di altezza diversa possono essere progettate per essere nello stesso piano, riducendo così il numero di regolazioni delle macchine utensili e evitando deformazioni dovute alle differenze di altezza; è possibile anche aumentare la larghezza o l'altezza del contenitore per disperdere il carico e ridurre la deformazione.

Inoltre, il design integrato dei canali di raffreddamento a liquido e della piastra di base del contenitore è realizzato tramite saldatura a frizione o saldatura laser, e questa progettazione può migliorare efficacemente la resistenza strutturale complessiva.

Diagramma strutturale del contenitore inferiore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione singolo

2-Progettazione dello scambio termico

La conducibilità termica è un elemento cruciale nella tecnologia di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione; l'obiettivo della progettazione è garantire che le batterie possano dissipare efficacemente il calore in ambienti ad alta temperatura, mantenendo così le loro prestazioni e sicurezza.

I materiali del contenitore devono avere elevate proprietà di conduzione termica; i materiali comunemente utilizzati includono leghe di alluminio, rame e materiali compositi a base di alluminio. La progettazione del contenitore deve anche considerare l'impatto delle variazioni di temperatura ambientale; uno strato isolante di spessore adeguato può garantire che la temperatura interna del contenitore rimanga in un intervallo relativamente costante, migliorando così l'efficienza complessiva del sistema.

La progettazione strutturale del contenitore influisce direttamente sulla sua capacità di conduzione termica; una disposizione razionale dei canali garantisce un flusso fluido del liquido all'interno del contenitore e massimizza l'area di contatto, che è la principale strategia per migliorare la capacità di conduzione termica del contenitore. All'interno del contenitore possono essere impostati più canali per aumentare il percorso di circolazione del liquido refrigerante, migliorando così l'efficacia della dissipazione del calore.

（lato sinistro）Opzione 1: Immersione totale + singolo + scambiatore a piastre      

（lato destro）Opzione 2: Immersione totale + singolo + scambiatore a scatola

Il sistema di raffreddamento a liquido comprende il mezzo di raffreddamento, la struttura di conduzione termica, le tubazioni di raffreddamento a liquido e la struttura di supporto.

Nell'opzione 1, è possibile scegliere lo stesso o diversi tipi di liquido refrigerante da riempire separatamente nei canali del pannello di raffreddamento e nella cavità del contenitore, con entrambe le cavità sigillate e non comunicanti. Nella cavità del contenitore, il liquido refrigerante immerge il modulo batteria, garantendo un contatto completo; il raffreddamento avviene senza movimento, sfruttando le buone proprietà di conduzione termica del liquido per assorbire il calore dalla superficie della batteria e ridurre l'aumento della temperatura. Nel pannello di raffreddamento, il liquido refrigerante si divide in più canali che entrano in parallelo nella piastra di raffreddamento attraverso il collettore di ingresso, e poi si unisce e fuoriesce dal collettore di uscita, responsabile principale per l'estrazione del calore e la dissipazione.

Nell'opzione 2, il liquido refrigerante a bassa temperatura entra dal basso o dal lato, mentre quello ad alta temperatura esce dall'alto; il liquido refrigerante circola all'interno del pacco batteria, consentendo una distribuzione uniforme del calore, migliorando l'efficienza complessiva del raffreddamento e mantenendo la coerenza della temperatura del nucleo o del pacco batteria.

Per migliorare ulteriormente l'efficacia del raffreddamento, possono essere adottate diverse misure di ottimizzazione, come l'ottimizzazione del flusso del liquido e del modo di circolazione, la scelta di liquidi refrigeranti ad alta capacità termica e il miglioramento della distribuzione della temperatura del liquido. Queste misure possono ridurre l'accumulo di calore e la perdita di energia, garantendo che le batterie funzionino in uno stato di raffreddamento efficiente.

3-Progettazione della tenuta

Per il contenitore del pacco di raffreddamento a liquido, è necessario adottare una progettazione completamente sigillata utilizzando materiali e strutture di tenuta avanzati; la progettazione della tenuta deve considerare non solo la tenuta all'aria, ma anche quella dei mezzi liquidi, garantendo che le celle della batteria siano prive di perdite in tutte le direzioni.

La progettazione dovrebbe scegliere forme e tipologie di tenuta appropriate in base alle esigenze specifiche dell'applicazione, considerando anche la libertà di perdite dei componenti di tenuta, la resistenza all'usura, la compatibilità con i mezzi e le temperature, e il basso attrito; dovrebbero essere scelti tipi e materiali di guarnizione adeguati in base alle specifiche dettagliate.

Inoltre, la scelta del processo di saldatura influisce notevolmente sulle prestazioni di tenuta; per materiali e spessori diversi, la selezione del metodo di saldatura appropriato può migliorare significativamente la qualità della saldatura, garantendo così la resistenza complessiva e la tenuta del sistema.

Immagine finale del contenitore del pacco di accumulo energetico a liquido raffreddato per immersione

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Con l'aumento continuo della densità di potenza e del calore generato da vari prodotti elettronici e di potenza, il raffreddamento affronta sfide sempre più severe. Le soluzioni di raffreddamento a liquido stanno diventando progressivamente la soluzione principale grazie alle loro elevate prestazioni di raffreddamento, basso consumo energetico, basso rumore e alta affidabilità.

La soluzione di raffreddamento a liquido si basa sull'uso di piastre di raffreddamento che aderiscono a batterie (o altre fonti di calore) e su un circuito di refrigerazione interno che rimuove il calore generato dalle fonti di calore. Questo calore viene quindi trasferito attraverso uno o più circuiti di raffreddamento, dissipando infine il calore del sistema di accumulo nell'ambiente esterno.

Come componente chiave della soluzione di raffreddamento a liquido, la piastra di raffreddamento è un componente altamente efficiente il cui scopo principale è rimuovere il calore generato dalle batterie (o altre fonti di calore) attraverso un circuito di raffreddamento, mantenendo così il dispositivo all'interno di un intervallo di temperatura di funzionamento sicuro. Se i canali della piastra di raffreddamento non sono puliti, ciò influenzerà l'uniformità del flusso del liquido di raffreddamento. Le particelle di grandi dimensioni possono bloccare o ostacolare il flusso del liquido di raffreddamento, compromettendo così la trasmissione efficace del calore e influenzando l'efficienza di raffreddamento e le prestazioni complessive dei dispositivi elettronici.

Inoltre, se ci sono impurità residue nei canali, potrebbero danneggiare il film protettivo di ossido sulla superficie metallica, causando corrosione o erosione alla piastra di raffreddamento. Inoltre, le impurità nei canali possono causare contatti difettosi tra i componenti, portando all'invecchiamento o al danneggiamento delle guarnizioni, aumentando così il rischio di perdite e influenzando la stabilità operativa a lungo termine del sistema.

1-Requisiti di pulizia dei canali della piastra di raffreddamento a liquido

Le attuali soluzioni di contenitori a raffreddamento liquido per accumulo di energia richiedono generalmente che non ci siano corpi estranei, trucioli di alluminio, olio o liquidi nei canali. In alcune soluzioni, ci sono requisiti specifici riguardo alla qualità delle impurità e alla dimensione delle particelle dure e morbide.

2 - Fasi ad alto rischio di contaminazione dei canali nella produzione delle piastre di raffreddamento a liquido

Durante il processo di lavorazione dei componenti delle piastre di raffreddamento, i canali interni e la struttura delle interfacce di raffreddamento sono soggetti a contaminazione. Le fasi di lavorazione, come il taglio e la rimozione dei canali, possono facilmente introdurre corpi estranei come olio, liquido di raffreddamento e trucioli metallici. Poiché la lavorazione avviene vicino all'apertura dei canali, la protezione è difficile e la rimozione dei trucioli diventa complicata.

Lavorazione dei componenti della piastra di raffreddamento: rimozione dei canali, sbavatura

Una volta completata la lavorazione delle piastre di raffreddamento, i componenti come i tappi e gli ugelli vengono saldati per formare canali chiusi. La struttura dei canali è generalmente non lineare, presentando aree cieche durante il lavaggio.

Durante il processo di lavorazione post-saldatura delle piastre di raffreddamento, è necessario utilizzare una grande quantità di liquido di raffreddamento per il taglio per raffreddare gli utensili e i pezzi lavorati, generando anche un gran numero di trucioli metallici. Questa fase del processo è particolarmente suscettibile all'introduzione di contaminanti come liquidi di raffreddamento e trucioli. Una volta che i trucioli entrano, è difficile rimuoverli completamente, rendendola una fase ad alto rischio di contaminazione dei canali.

3- Pulizia e protezione del canale di raffreddamento a liquido

Per garantire l'affidabilità e le prestazioni del componente del raffreddamento a liquido, vengono generalmente eseguite operazioni di pulizia rigorose. Lavaggio: si utilizza un idropulitrice ad alta pressione per pulire i canali interni del pannello di raffreddamento a liquido, al fine di rimuovere residui, particelle o altre impurità presenti. Dopo il lavaggio, il componente del raffreddamento a liquido deve essere asciugato per garantire l'assenza di residui d'acqua all'interno del canale.

Lavorazione del componente del raffreddamento a liquido: lavaggio e sgrassaggio

Durante il processo di fabbricazione dei pannelli di raffreddamento a liquido, se non protetti correttamente, possono essere soggetti a contaminazione, come trucioli metallici, olio e refrigerante da lavorazione. Inoltre, il processo di movimentazione dei pannelli di raffreddamento a liquido può facilmente introdurre corpi estranei. Si considerano generalmente in anticipo le misure di protezione per le aperture dei canali, come adesivi anti-polvere e guarnizioni in gomma per le bocchette.

Pertanto, la pulizia dei canali interni del pannello di raffreddamento a liquido diventa una misura necessaria per eliminare la contaminazione e migliorare la pulizia dei canali. Nella pratica produttiva, è necessario implementare un controllo completo del processo. Su questa base, devono essere proposte misure di controllo della contaminazione per i componenti specifici e i processi, in modo da controllare efficacemente la contaminazione all'interno dei canali del pannello di raffreddamento.

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Il contenitore delle batterie per l'accumulo di energia svolge un ruolo fondamentale nei sistemi di accumulo. Le sue funzioni principali includono la protezione del peso, l'uniformità della conduzione termica, l'installazione elettrica e la tenuta stagna. Con il continuo aumento della richiesta di densità energetica delle batterie, l'uso di materiali in lega di alluminio è diventato una soluzione efficace per migliorare l'efficienza del sistema di batterie, grazie alle loro elevate prestazioni termiche e bassa densità.

L'adozione di un design integrato del canale e della parete laterale del contenitore può ridurre il lavoro di saldatura nelle parti strutturali critiche, aumentando così la resistenza strutturale complessiva. Ciò consente di mantenere la sicurezza e la stabilità della struttura in diverse condizioni, come il carico statico, il sollevamento e le vibrazioni casuali, e può anche migliorare le prestazioni di tenuta del contenitore.

Inoltre, il design integrato aiuta a ridurre il numero di parti e a diminuire il peso del contenitore. La produzione tramite il processo di estrusione offre costi di stampo contenuti, facilita la lavorazione e la modifica, soddisfacendo le esigenze di flessibilità per diversi volumi di produzione.

1-Principali tipologie di contenitori inferiori per l'accumulo di energia in alluminio estruso e saldato

Il contenitore inferiore a raffreddamento liquido per l'accumulo di energia ha una larghezza generale di 790-810 mm e un'altezza compresa tra 40 e 240 mm. È suddiviso in due tipologie: piatta e flangiata (vedi figura sottostante). La lunghezza del contenitore a raffreddamento liquido è correlata alla capacità del prodotto di accumulo, con vari schemi standard come 48s, 52s, 104s e così via.

Contenitore inferiore a raffreddamento liquido di tipo piatto

Contenitore inferiore a raffreddamento liquido di tipo flangiato

2-Struttura del contenitore inferiore per l'accumulo di energia in alluminio estruso e saldato

Il contenitore inferiore a raffreddamento liquido è la struttura di base dell'intero pacco batterie, realizzato con una struttura a telaio rettangolare saldata composta da un pannello inferiore con canali, tappi, ugelli, telaio, travi, supporti, ganci, e altri componenti, tutti in lega di alluminio.

Diagramma di assemblaggio dei componenti del contenitore inferiore a raffreddamento liquido

Il contenitore inferiore a raffreddamento liquido deve avere una capacità di carico sufficiente e una resistenza strutturale, il che richiede elevati standard di qualità di saldatura, inclusi il processo di saldatura, il controllo della qualità delle giunzioni e le abilità degli saldatori, per garantire sicurezza e affidabilità nelle applicazioni reali.

La tecnologia di raffreddamento liquido richiede elevati standard di tenuta stagna per il contenitore, che includono sia la tenuta stagna del contenitore inferiore che quella dei canali di raffreddamento. Inoltre, i canali di raffreddamento devono resistere alla pressione del fluido refrigerante, pertanto i requisiti di tenuta stagna per i canali di raffreddamento sono ancora più rigorosi.

3-Requisiti di qualità di saldatura

In generale, si richiede che il pannello inferiore a raffreddamento liquido venga saldato utilizzando la saldatura a frizione stirata. Anche i tappi del contenitore inferiore a raffreddamento liquido di tipo piatto verranno saldati con questo metodo. Di solito, la depressione della saldatura a frizione stirata deve essere ≤0.5 e non sono ammessi metalli estranei che possono staccarsi o cadere in caso di vibrazioni.

I canali di raffreddamento, il telaio, gli ugelli, i ganci, le travi e altri accessori sono spesso saldati utilizzando la saldatura TIG o la saldatura CMT. Considerando le differenze nei requisiti di prestazione dei vari componenti, i canali di raffreddamento, il telaio, gli ugelli e i ganci sono saldati completamente, mentre le travi e gli accessori vengono saldati a punti. La planarità della zona delle travi dei moduli di batteria anteriore e posteriore deve essere <1.5 mm per un singolo modulo, mentre la planarità complessiva deve essere <2 mm. La planarità del telaio deve essere ±0.5 per ogni 500 mm di lunghezza del telaio.

Sulla superficie della giunzione di saldatura non sono ammessi difetti come crepe, mancanza di penetrazione, mancata fusione, pori superficiali, inclusioni esposte o saldature incomplete. In generale, si richiede che l'altezza della saldatura degli ugelli sia ≤6 mm e che le saldature in altre posizioni non superino la superficie inferiore del contenitore. Le saldature interne delle travi dei moduli anteriore e posteriore non devono sporgere dalla superficie interna.

La profondità di fusione della saldatura deve soddisfare i requisiti standard pertinenti. Per le giunzioni di saldatura ad arco, la resistenza alla trazione non deve essere inferiore al 60% del valore minimo della resistenza alla trazione del materiale base; per le giunzioni di saldatura laser e a frizione stirata, la resistenza alla trazione deve essere almeno il 70% del valore minimo della resistenza alla trazione del materiale base.

Inoltre, la saldatura del contenitore inferiore deve soddisfare gli standard di tenuta stagna IP67. Pertanto, per il trattamento post-saldatura, è generalmente richiesto che le scorie di saldatura e le giunzioni nella zona delle travi anteriori e posteriori siano levigate; le saldature esterne del pallet non possono essere levigate, e le superfici di tenuta delle saldature devono essere lisce, senza differenze di altezza evidenti rispetto al telaio.

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Il ruolo del dissipatore è quello di ottenere una maggiore superficie di trasferimento del calore all'interno di uno spazio volumetrico limitato. Ciò si ottiene migliorando la forma della struttura per aumentare l'efficienza di trasferimento del calore dalla sua superficie al fluido circostante. Inoltre, l'area effettiva di trasferimento del calore può essere aumentata con trattamenti superficiali, con l'obiettivo finale di migliorare la dissipazione del calore e controllare la temperatura.

Nei contesti in cui i requisiti di densità di potenza volumetrica e di flusso termico non sono elevati, il dissipatore a pinne dritte rettangolari è particolarmente apprezzato dagli ingegneri per la sua struttura semplice, il costo di produzione ragionevole e le buone prestazioni di dissipazione del calore.

Confronto dei diversi metodi di trasferimento del calore

1-Progettazione delle alette del dissipatore

Il dissipatore è una superficie di espansione del calore che si concentra principalmente su parametri quali l'altezza, la forma e la distanza delle alette, nonché lo spessore del substrato.

Sezione delle alette del dissipatore

Dalla figura sopra, possiamo calcolare l'area di espansione del dissipatore:

Area di una singola aletta:A_f = 2L（h+t/2），

Area dello spazio tra le alette:A_b= Lh，

Area totale di dissipazione:At=nA_f +(n±1）A_b（dove n è il numero delle alette).

Dimensioni del dissipatore a pinne piatte

La funzione principale delle alette è quella di aumentare l'efficienza del trasferimento di calore aumentando la superficie. La distanza, lo spessore e l'altezza delle alette del dissipatore sono fattori determinanti per stabilire la quantità, la distribuzione e l'area di espansione del dissipatore. Come mostrato nella figura, quando h↑ o t↓, le alette diventano più alte, più sottili e più dense, permettendoci di ottenere una maggiore superficie di espansione del calore.

Quando aumenta la superficie delle alette, aumenta anche la superficie di contatto con l'aria, facilitando così la dissipazione del calore. Gli ingegneri possono inoltre ottimizzare la forma delle alette, ad esempio con profili ondulati o a denti di sega, per aumentare ulteriormente l'area di espansione del dissipatore.

Sebbene un'area superficiale più ampia migliori l'efficacia della dissipazione del calore, non si può presumere che alette più grandi siano sempre migliori. Sia che si tratti di raffreddamento naturale che forzato, la distanza tra le alette del dissipatore è un fattore cruciale per determinare il coefficiente di scambio termico dell'aria che scorre sulla loro superficie.

L'impatto della distanza e dell'altezza delle alette sull'efficienza della dissipazione del calore

In caso di raffreddamento naturale, il cambiamento di temperatura della superficie del dissipatore provoca la convezione naturale, che porta a uno strato d'aria (strato limite) sulle superfici delle alette. Una distanza troppo piccola tra le alette ostacola un flusso convettivo regolare. Nel caso di raffreddamento forzato, lo spessore dello strato limite delle alette viene compresso, permettendo una distanza più stretta. Tuttavia, il limite è dettato da vincoli di produzione e potenza dei componenti, rendendo cruciale un equilibrio tra spessore e altezza delle alette.

2-Progettazione della base del dissipatore

Lo spessore della base è un fattore fondamentale per l'efficienza del dissipatore. Una base del dissipatore troppo sottile aumenta la resistenza termica verso le alette lontane dalla fonte di calore, causando una distribuzione di temperatura irregolare e riducendo la resistenza agli shock termici.

Aumentare lo spessore della base può risolvere i problemi di distribuzione irregolare della temperatura e migliorare la resistenza agli shock termici. Tuttavia, uno spessore eccessivo può portare ad accumulo di calore, riducendo la capacità di conduzione termica.

Schizzo diagrammatico del principio di funzionamento del dissipatore

Come mostrato nella figura sopra:

Quando l'area della sorgente di calore è inferiore a quella della piastra di base, il calore deve diffondersi dal centro verso i bordi, formando una resistenza termica di diffusione. Anche la posizione della sorgente di calore influisce sulla resistenza termica di diffusione. Se la sorgente di calore è vicina al bordo del dissipatore, il calore si propaga più facilmente attraverso i bordi, riducendo così la resistenza termica di diffusione.

Nota: La resistenza termica di diffusione si riferisce all'ostacolo che il calore incontra quando si diffonde dal centro della sorgente di calore verso i bordi nel design del dissipatore. Questo fenomeno si verifica generalmente quando vi è una significativa differenza di area tra la sorgente di calore e la piastra di base, costringendo il calore a diffondersi da un'area più piccola a una più grande.

3-Tecniche di connessione tra alette e piastra di base

Le tecniche di connessione tra le alette del dissipatore e la piastra di base comprendono diversi metodi per garantire una buona conduttività termica e stabilità meccanica. Si suddividono principalmente in due categorie: formazione integrata e non integrata.

I dissipatori a formazione integrata presentano alette e piastra di base in un unico blocco, senza resistenza termica da contatto. Le principali tecniche sono:

l Fusione in pressione dell'alluminio: consente di fondere lingotti di alluminio e di riempire stampi metallici con essi utilizzando alta pressione, formando alette di dissipatori direttamente in pressocolata, permettendo la realizzazione di strutture complesse.

l Estrusione dell'alluminio: consiste nel riscaldare l'alluminio, inserirlo in un cilindro di estrusione e applicare una certa pressione, facendolo uscire attraverso uno stampo per ottenere la forma e dimensione desiderate, seguito da taglio e lavorazione finale.

l La forgiatura a freddo permette di ottenere alette sottili e dense con un'elevata conducibilità termica, anche se il costo è relativamente elevato. La capacità di modellazione è migliore rispetto all'estrusione dell'alluminio.

l I dissipatori a lame possono essere in rame, con un'elevata conducibilità termica e alette molto sottili. Le alette vengono sollevate dalla piastra con utensili da taglio, ma in caso di altezza e lunghezza notevoli possono subire deformazioni dovute allo stress.

Nella formazione non integrata, le alette e la piastra di base del dissipatore sono realizzate separatamente, e successivamente unite mediante tecniche quali saldatura, rivettatura o incollaggio. Le principali tecniche sono:

l Tipo saldatura: le alette e la piastra di base vengono unite con saldatura, utilizzando sia saldatura a caldo che a bassa temperatura.

La saldatura offre ottime prestazioni termiche; per saldare la piastra in alluminio e le alette utilizzando pasta di stagno, è necessario applicare un rivestimento di nichel, che comporta costi elevati e non è ideale per dissipatori di grandi dimensioni. La brasatura non richiede il nichel, ma i costi di saldatura rimangono comunque elevati.

l Tipo rivettatura: le alette vengono inserite nelle scanalature della piastra e poi fissate saldamente attraverso la compressione delle scanalature verso il centro, creando un'unione solida e stabile.

I vantaggi della rivettatura sono le buone prestazioni termiche, ma con l'uso prolungato, il prodotto può allentarsi o sviluppare spazi vuoti. È possibile migliorare l'affidabilità aumentando la qualità della rivettatura, ma ciò comporta costi aggiuntivi, quindi i dissipatori con alette rivettate vengono utilizzati in applicazioni che richiedono una minore affidabilità.

l Tipo adesivo: generalmente si utilizza una resina epossidica conduttiva per unire saldamente le alette e la piastra, consentendo il trasferimento del calore.

L'adesivo utilizza una resina epossidica termoconduttiva, con un coefficiente di conduzione termica inferiore rispetto alla saldatura. È comunque adatto per dissipatori con alette alte, rapporti elevati e piccoli spazi tra le alette. Può essere utilizzato in contesti dove non sono richieste prestazioni termiche elevate.

Condivideremo regolarmente aggiornamenti e informazioni su tecniche di progettazione termica e alleggerimento, per la vostra consultazione. Grazie per l'interesse verso Walmate.

Scenari applicativi

Condizioni di lavoro:Scenario con flusso di calore elevato

Installazione e disposizione：Installazione su un solo lato

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Buon effetto di dissipazione del calore

Simulazione dei fluidi

Utilizza il software di simulazione per analizzare le prestazioni termiche dei dissipatori di calore e delle piastre fredde

Scenari applicativi

Tecnologia:Saldatura di profili in alluminio

Disposizione e installazione:Raffreddamento a liquido inferiore

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Peso leggero e buon effetto rinfrescante

In un sistema di raffreddamento a liquido, la piastra fredda viene posizionata direttamente sul fondo della batteria o inserita nello spazio tra le celle.Dopo aver fatto circolare il liquido refrigerante, viene raffreddato attraverso lo scambiatore di calore e quindi ricircolato nel sistema.

L'involucro del pacco batteria in lega di alluminio è composto principalmente da un telaio con profilo in lega di alluminio e una piastra inferiore con profilo in lega di alluminio ed è saldato utilizzando profili estrusi della serie 6.Per garantire la resistenza e la tenuta della saldatura, viene spesso utilizzata la saldatura ad attrito con bassa sollecitazione e piccola deformazione. Le parti standard adatte per i profili in lega di alluminio includono generalmente manicotti per viti a filo, dadi per rivetti a trazione e dadi per rivetti a pressione.Fatta eccezione per le parti standard, il resto è in lega di alluminio al 100%, con elevata resistenza del guscio, leggerezza e buona resistenza alla corrosione.

I veicoli elettrici si riferiscono a veicoli che utilizzano carburanti per veicoli non convenzionali come fonte di energia (o utilizzano carburanti per veicoli convenzionali e nuovi dispositivi di alimentazione di bordo), integrano tecnologie avanzate nel controllo della potenza e nella guida del veicolo e formano principi tecnologici avanzati con nuove tecnologie e nuove strutture .

Suggerimenti per l'ottimizzazione del DFM

Aiutarti a ridurre potenziali errori e difetti nel processo produttivo e garantire che il prodotto soddisfi gli standard di qualità richiesti dalla progettazione durante la produzione

Scenari applicativi

Condizioni di lavoro:Scenario con flusso di calore elevato

Installazione e disposizione：Installazione su un solo lato

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Buon effetto di dissipazione del calore

Scenari applicativi

Tecnologia:Saldatura di profili in alluminio

Disposizione e installazione:Raffreddamento a liquido inferiore

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Peso leggero e buon effetto rinfrescante

Utilizzo di energia pulita:

Il clima, l’ambiente, le risorse e l’energia sono strettamente legati all’economia nazionale e al sostentamento delle persone.

Gestire bene queste questioni correlate determina se la società umana può svilupparsi in modo sostenibile.

Sotto la pressione della carenza di energia e dell’inquinamento ambientale, i due percorsi tecnici dei veicoli con batterie di accumulo di energia e delle celle a combustibile sono diventati le principali direzioni di sviluppo dell’industria dei veicoli a nuova energia.

Leggerezza dei veicoli

Considerando che il 75% del consumo energetico è legato al peso del veicolo, l’alleggerimento è un importante mezzo tecnico per consentire ai veicoli a nuova energia di risparmiare energia, ridurre i consumi ed estendere l’autonomia. La progettazione leggera è uno dei fattori chiave nella riduzione del consumo energetico del veicolo.

L'utilizzo di nuovi materiali leggeri, l'ottimizzazione strutturale e il miglioramento dei processi sono i percorsi chiave per realizzare veicoli leggeri.

Gestione termica:

Per i veicoli elettrici con accumulo di energia, la gestione termica diventerà una tecnologia chiave per ottenere una ricarica rapida e aumentare l’autonomia di crociera.

Per i veicoli a celle a combustibile a idrogeno, la gestione dell’acqua e del calore sono tecnologie chiave nella ricerca e nello sviluppo di sistemi di alimentazione a celle a combustibile, che hanno un impatto decisivo sulle prestazioni, sulla sicurezza e sulla durata del sistema di alimentazione del veicolo.

Di solito, l'aria esterna viene utilizzata come dissipatore di calore per trasferire il calore generato dal funzionamento del chip al dissipatore di calore attraverso diversi supporti e interfacce e dissipare il calore.

Grazie a un elevato grado di integrazione, il costo e il peso dei sistemi di azionamento elettrico sono stati ridotti. Le principali case automobilistiche nazionali ed estere dispongono di varie forme integrate di sistemi di azionamento elettrico, tra cui tre in uno, quattro in uno, sei in-uno, sette in uno, otto in uno, ecc.Nel campo dei propulsori per veicoli a nuova energia, Walmate sviluppa e produce parti strutturali di gruppi di trasmissione per veicoli a nuova energia che integrano controlli elettronici, motori, controller di veicoli, riduttori e prodotti di ricarica.

Test del prodotto

Noi fornisce ai clienti procedure di test personalizzate per soddisfare le vostre esigenze

Scenari applicativi

Condizioni di lavoro:Scenario con flusso di calore elevato

Installazione e disposizione：Installazione su un solo lato

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Buon effetto di dissipazione del calore

Scenari applicativi

Tecnologia:Saldatura di profili in alluminio

Disposizione e installazione:Raffreddamento a liquido inferiore

Applicazione tipica: personalizzazione del cliente

Caratteristiche: Peso leggero e buon effetto rinfrescante

L'IGBT è il componente principale del motore di azionamento dei veicoli a nuova energia. Svolge un ruolo di primo piano nell'efficienza, nella densità di potenza e nell'affidabilità della trazione elettrica del veicolo e può essere definito il "cuore dell'auto".Il principale dispositivo di riscaldamento nel sistema di controllo elettronico dei veicoli a nuova energia è l'inverter, la cui funzione è quella di invertire la potenza CC della batteria in potenza CA in grado di azionare il motore.Durante questo processo, l'IBGT nell'inverter genererà una grande quantità di calore e la sua stabilità termica diventa la chiave per valutare le prestazioni del sistema di azionamento elettrico.

Riassunto: Le celle a combustibile a idrogeno, note anche come celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC), sono ampiamente utilizzate nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici, nelle automobili e in altri impianti di produzione di energia grazie ai vantaggi di alta efficienza, zero emissioni e zero inquinamento.

1- Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno

Hydrogen fuel cells release a large amount of heat during operation, among which electrochemical reaction heat accounts for about 55%, irreversible electrochemical reaction heat accounts for about 35%, Joule heat accounts for about 10%, condensation heat and various heat losses account for about 5%. The heat generated by hydrogen fuel cells is approximately equal to the electrical energy they generate. If not dissipated in a timely manner, the temperature inside the battery will significantly increase, thereby affecting its service life.

2- Dissipazione del calore delle celle a combustibile a idrogeno

Rispetto ai veicoli alimentati a carburante, i veicoli a celle a combustibile a idrogeno hanno un potere calorifico più elevato e sistemi più complessi.Allo stesso tempo, a causa della limitazione della temperatura operativa delle celle a combustibile a idrogeno, la differenza di temperatura tra le celle a combustibile a idrogeno e il mondo esterno è ridotta, rendendo più difficile la dissipazione del calore da parte del sistema di dissipazione del calore.La temperatura operativa delle celle a combustibile a idrogeno ha un impatto significativo sulla resistenza al flusso del fluido, sull'attività del catalizzatore, sull'efficienza e sulla stabilità dello stack, quindi sono necessari sistemi efficienti di dissipazione del calore.

La tecnologia di raffreddamento a liquido è attualmente la tecnologia principale utilizzata nelle celle a combustibile a idrogeno nelle automobili.Mira a ridurre il consumo energetico della pompa dell'acqua riducendo la caduta di pressione del sistema, eliminando il calore in eccesso nelle celle a combustibile a idrogeno con un consumo energetico minimo e ottimizzando la distribuzione dei canali di flusso del fluido di lavoro circolante per ridurre le differenze di temperatura interna e migliorare l'uniformità della distribuzione della temperatura della batteria.

Il 90% del calore generato nelle celle a combustibile a idrogeno viene eliminato dal sistema di dissipazione del calore attraverso conduzione e convezione termica, mentre il 10% del calore viene dissipato nell'ambiente esterno attraverso la dissipazione del calore per irraggiamento.I metodi tradizionali di dissipazione del calore includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e la dissipazione del calore a cambiamento di fase.

3- Scambio termico del sistema PEMFC

3.1 Dissipazione del calore dello stack

Dopo che il calore è stato generato all'interno della PEMFC, il calore verrà trasferito tra i vari componenti all'interno della PEMFC e l'ambiente esterno.Il trasferimento di calore all'interno dello stack di celle a combustibile dipende principalmente dalla resistenza termica di ciascun componente e dalla resistenza termica di contatto tra i diversi componenti.Poiché lo strato di diffusione del gas è un "ponte" che collega i principali componenti generatori di calore (elettrodi a membrana) e i principali componenti di dissipazione del calore (piastre bipolari), la sua resistenza termica e la resistenza termica di contatto con altri componenti hanno un impatto significativo sul calore trasferire le prestazioni all'interno del PEMFC.Inoltre, la resistenza al contatto termico tra i diversi componenti può avere un impatto significativo sul trasferimento di calore interno dello stack di celle a combustibile.

3.2 trasferimento di calore del liquido di raffreddamento

I metodi di raffreddamento per le celle a combustibile includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e il raffreddamento a cambiamento di fase.

I fattori che influenzano il trasferimento di calore del refrigerante includono l'estremità dello stack PEMFC, il refrigerante stesso e l'estremità del radiatore.Il refrigerante è a diretto contatto con le piastre bipolari all'estremità dello stack PEMFC, quindi la struttura del canale di flusso del refrigerante ha un impatto significativo sul suo trasferimento di calore.Inoltre, le proprietà del liquido refrigerante stesso influenzeranno anche il relativo processo di trasferimento del calore.Considerando la mancanza di spazio disponibile, la scelta di un refrigerante con una maggiore capacità termica può ridurre le dimensioni del dissipatore di calore e migliorare le prestazioni di gestione termica del PEMFC.Pertanto, la necessità di nuovi refrigeranti ad alta efficienza sta diventando sempre più evidente.

Aggiorneremo regolarmente la tecnologia e le informazioni sulla progettazione termica e sulla leggerezza e le condivideremo con voi come riferimento. Grazie per il tuo interesse per Walmate.

La tendenza alla miniaturizzazione dei dispositivi elettronici aumenta di giorno in giorno. Allo stesso tempo, la richiesta di più funzioni e prestazioni più elevate ha ulteriormente promosso la riduzione delle dimensioni di ogni livello di confezionamento, con conseguente rapido aumento della densità di potenza.

       La miniaturizzazione delle apparecchiature si basa originariamente su considerazioni di riduzione dei costi. Le soluzioni termiche aumenteranno direttamente il peso, il volume e il costo del prodotto senza alcun vantaggio funzionale, ma garantiscono l'affidabilità del prodotto.Un'efficace dissipazione del calore è fondamentale per il funzionamento stabile e l'affidabilità a lungo termine dei prodotti elettronici mantenendo le temperature dei componenti entro limiti specificati.

Da un lato, il risultato della miniaturizzazione delle apparecchiature è che il margine di progettazione diventa sempre più piccolo e la tolleranza per una progettazione eccessiva diventa sempre più bassa.D’altro canto, la tendenza generale alla miniaturizzazione ha dato vita a modelli geometrici sempre più disordinati e complessi, approfondendo la stretta integrazione dei componenti meccanici e dei componenti elettronici nei prodotti. Il risultato è che lo spazio del flusso è notevolmente compresso, limitando così la portata del calore convettivo dissipazione, rendendo La struttura del dissipatore di calore, il materiale centrale del design termico, è diventata più complessa.

Il dissipatori di calore è il componente di miglioramento della dissipazione del calore più comunemente utilizzato nella progettazione termica delle apparecchiature elettroniche. Il principio di miglioramento è quello di aumentare l'area di scambio termico Durante la progettazione, la densità del flusso di calore della fonte di calore, i requisiti di temperatura dei componenti di riscaldamento , le dimensioni dello spazio interno del prodotto, l'installazione del dissipatori di calore, il design dell'aspetto e altri requisiti.

Le prestazioni del dissipatori di calore sono influenzate da molti fattori quali materiale, dimensioni geometriche, planarità del fondo, resistenza termica, trattamento superficiale, metodi di installazione e fissaggio, temperatura e umidità dell'ambiente di lavoro.

1. Materiale del dissipatori di calore

I materiali principali dei dissipatori di calore sono: alluminio, lega di alluminio, rame, ferro, ecc.L'alluminio è l'elemento metallico più abbondante in natura. È leggero, ha una forte resistenza alla corrosione e un'elevata conduttività termica, che lo rendono molto adatto come materia prima per i dissipatori di calore.L'aggiunta di alcuni metalli all'alluminio per formare una lega di alluminio può aumentare notevolmente la durezza del materiale.La grafite ha le proprietà di conduttività elettrica e termica dei materiali metallici e allo stesso tempo ha una plasticità simile alla plastica organica e viene inoltre utilizzata in elettronica, comunicazioni, illuminazione e altri campi.

2. Processo di produzione del dissipatori di calore

La tecnologia di lavorazione del dissipatori di calore comprende principalmente CNC, estrusione di alluminio, skiving, modellatura di ingranaggi, ecc:

Estrusione di alluminio: i dissipatori di calore per estrusione di alluminio sono realizzati riscaldando lingotti di alluminio a circa 460°C, consentendo all'alluminio semisolido di fluire attraverso una matrice di estrusione con scanalature ad alta pressione ed estrudendo la forma iniziale del dissipatori di calore, quindi tagliando e ulteriore lavorazione .Il processo di estrusione dell'alluminio non può garantire con precisione la planarità e gli altri requisiti dimensionali del radiatore, pertanto richiede solitamente un'ulteriore lavorazione nella fase successiva.

Skiving: I skiving sono realizzati spalando lunghe strisce di piastre metalliche (solitamente lega di alluminio o lega di rame) con una certa angolazione per tagliare il materiale in pezzi e raddrizzarli. Taglio ripetuto per formare una struttura a pinna diritta rispetto all'estrusione processo, il vantaggio dei skiving è che può lavorare radiatori con una densità di alette maggiore e un rapporto multiplo di altezza dei dissipatori di calore.

Formatura degli ingranaggi: la lavorazione del radiatore per la modellatura degli ingranaggi consiste nell'inserire i denti nella piastra di base del radiatore e utilizzare la saldatura con colla, la brasatura o l'estrusione per collegare i denti alla base; molto importante, se non maneggiato correttamente, si può formare una certa resistenza termica di contatto, influenzando le prestazioni di dissipazione del calore del radiatore ad ingranaggi. Inserimento delle alette: la lavorazione del dissipatore di calore inserito con alette consiste nell'inserire le alette nella piastra di base del dissipatore di calore e collegare le alette alla piastra di base mediante saldatura adesiva, brasatura o estrusione. La combinazione di alette e base dell'aletta. dissipatore di calore inserito è molto importante. Se non maneggiato correttamente, potrebbe formarsi una certa resistenza termica di contatto, che influenzerà le prestazioni di dissipazione del calore del dissipatore di calore inserito con alette.

3. Trattamento superficiale del dissipatori di calore

Le leghe di alluminio si ossidano facilmente nell'aria (formando pellicole di ossido di alluminio), ma questo strato di ossido naturale non è denso, ha una debole resistenza alla corrosione ed è soggetto a contaminazione in base a requisiti quali estetica, resistenza alla corrosione e migliori prestazioni di dissipazione del calore; , I radiatori in metallo richiedono un trattamento superficiale I processi comuni di trattamento superficiale includono: anodizzazione, sabbiatura, nichelatura chimica e verniciatura a forno, ecc.;

Anodizzazione: il principio dell'anodizzazione è essenzialmente l'elettrolisi dell'acqua. L'alluminio o la lega di alluminio vengono utilizzati come anodo in una soluzione dielettrica e il processo di utilizzo dell'elettrolisi per formare una pellicola di ossido di alluminio sulla superficie è chiamato anodizzazione dell'alluminio o lega di alluminio; Successivamente, l'emissività superficiale del dissipatori di calore aumenterà e la capacità di dissipazione del calore della radiazione termica verrà migliorata. L'anodizzazione può mantenere o modificare il colore dell'alluminio/lega di alluminio e i dissipatori di calore sono per lo più anodizzati neri;

Sabbiatura: la sabbiatura si riferisce al processo di utilizzo dell'aria compressa come potenza e dell'impatto del flusso di sabbia ad alta velocità per pulire e irruvidire la superficie del radiatore. Attraverso l'impatto e l'effetto di taglio sulla superficie, questo processo non solo può rimuovere il ruggine sulla superficie del dissipatori di calore, ecc. Tutto lo sporco viene rimosso e la superficie del prodotto può mostrare una lucentezza metallica uniforme.

Nichelatura chimica: la nichelatura chimica è un processo di deposito di una lega di nichel da una soluzione acquosa sulla superficie di un oggetto; è caratterizzata da elevata durezza superficiale, buona resistenza all'usura, rivestimento uniforme e bello e forte resistenza alla corrosione perché il rame e l'alluminio non può essere saldato direttamente, quindi è necessaria la nichelatura chimica prima di poter eseguire la saldatura utilizzando la saldatura e altri processi.

Cottura della vernice: La cottura della vernice consiste nell'aggiungere uno speciale rivestimento ad alte prestazioni chiamato Teflon alla superficie del dissipatori di calore attraverso l'alta temperatura (280 ℃ ~ 400 ℃). Rende la superficie del dissipatori di calore antiaderente, resistente al calore e all'umidità. resistente, resistente all'usura e alla corrosione Rispetto al tradizionale processo di verniciatura a spruzzo, la vernice in cottura presenta vantaggi in termini di aspetto e conduttività termica. Tuttavia, i dissipatore di calore heatpipe sono soggetti a espansione e deformazione a causa delle alte temperature, quindi a bassa temperatura. La vernice per cottura a temperatura deve essere utilizzata appositamente durante la cottura.

       Man mano che la potenza da elaborare continua ad aumentare, i dissipatori di calore iniziano ad essere abbinati a tubi di calore, alette e altri dispositivi per formare moduli di raffreddamento ad alte prestazioni e compaiono radiatori raffreddati ad acqua con una maggiore efficienza di dissipazione del calore.

Aggiorneremo regolarmente la tecnologia e le informazioni sulla progettazione termica e sulla leggerezza e le condivideremo con voi come riferimento. Grazie per il tuo interesse per Walmate.

     Astratto Il principale dispositivo di riscaldamento nel sistema di controllo elettronico dei veicoli a nuova energia è l'inverter, la cui funzione è quella di invertire la potenza CC della batteria in potenza CA in grado di azionare il motore.Durante questo processo, l'IBGT nell'inverter genererà una grande quantità di calore.Per risolvere il problema della dissipazione del calore di questi dispositivi, questo articolo introdurrà il principio di funzionamento dell'inverter e la tecnologia avanzata di raffreddamento a liquido.

1- Applicazione dell' 1-IGBT nel sistema di controllo elettronico dei veicoli a nuova energia

In quanto unità di conversione dell'energia elettrica che collega la batteria e il motore di azionamento nei veicoli a nuova energia, il sistema di controllo elettronico è il nucleo dell'azionamento e del controllo del motore.In quanto dispositivo che collega batterie ad alta tensione e potenza del motore e si converte l'una nell'altra, l'inverter è un convertitore responsabile della conversione della potenza CC (batteria, accumulatore) in frequenza fissa e tensione costante o regolata in frequenza e tensione -corrente alternata regolata (generalmente onda sinusoidale da 220 V, 50 Hz), garantendo la conversione dell'energia elettrica dei veicoli a nuova energia.

Il modulo di potenza IGBT nell'inverter svolge un ruolo molto importante in questo processo. L'IGBT genererà molto calore durante il processo di conversione dell'energia. Quando la temperatura dell'IGBT supera i 150°C, l'IGBT non può funzionare, quindi il raffreddamento ad aria o è richiesto il raffreddamento ad aria.La stabilità termica del funzionamento degli IGBT è diventata la chiave per valutare le prestazioni dei sistemi di azionamento elettrico.

Oltre ai sistemi di controllo elettronici, l'IGBT è ampiamente utilizzato anche nei sistemi di controllo dell'aria condizionata di bordo e nei sistemi di ricarica dei pali nei veicoli a nuova energia:

Utilizzato come componente tecnico principale di veicoli elettrici, ricarica di batterie e altre apparecchiature.Il modulo IGBT rappresenta quasi il 10% del costo dei veicoli elettrici e circa il 20% del costo delle pile di ricarica, e la sua stabilità termica è diventata la chiave per valutare le prestazioni del sistema di azionamento elettrico.

2-Tecnologia di raffreddamento a liquido IGBT

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1-Introduzione

      Grazie al loro importante ruolo nel bilanciare il processo della rete elettrica e nel migliorare il tasso di utilizzo della nuova energia, i sistemi di stoccaggio dell’energia sono diventati la forza trainante nel promuovere lo sviluppo e la trasformazione dell’energia mondiale.La tecnologia è matura, il periodo di costruzione è breve, la potenza e l'energia possono essere configurate in modo flessibile in base alle diverse esigenze applicative, la velocità di risposta di carica e scarica è rapida e può essere utilizzata in varie occasioni.

Durante il processo di carica e scarica del sistema di accumulo dell'energia, verrà generato calore. Se la dissipazione del calore non è buona, la temperatura della batteria sarà troppo elevata o la differenza di temperatura della batteria sarà elevata, il che potrebbe portare a una riduzione della durata della batteria. e, in casi gravi, potrebbero verificarsi problemi di sicurezza come l'instabilità termica.

Questo articolo, prendendo come riferimento un progetto reale, ha costruito un modello di simulazione termo-fluidodinamico basato sulle dimensioni reali del pacco batterie. Attraverso un'analisi dettagliata della distribuzione di pressione, velocità e temperatura nell'intero sistema di raffreddamento, è stato possibile determinare il carico termico del sistema e fornire suggerimenti per l'ottimizzazione strutturale dei canali di raffreddamento a liquido del pacco batterie.

2-Panoramica del progetto

2.1 Informazioni ambientali

2.2 Informazioni sulle specifiche del dispositivo fonte di calore

2.3 Silicone termoconduttivo

3-Modello di dissipazione del calore

Il pacco batteria utilizza il raffreddamento a liquido per dissipare il calore, composto da 72 celle da 280 Ah e una piastra di raffreddamento a liquido.Le dimensioni della piastra di raffreddamento a liquido sono: lunghezza 1570 mm, larghezza 960 mm, altezza 42 mm e 24 canali di flusso all'interno.Il modello di dissipazione del calore del pacco batteria è mostrato di seguito:

4-Risultati della simulazione in condizioni di afflusso di acqua di 8 l/min

La distribuzione della temperatura del nucleo della batteria è 18,38-28,77°C Tra questi, l'intervallo di distribuzione della temperatura del nucleo della batteria con la temperatura più alta è 21,46-26,37°C e l'intervallo di distribuzione della temperatura del nucleo della batteria con la temperatura più bassa è 18,76-26,37°. C.Come mostrato nella figura (a):

La distribuzione della temperatura della piastra di raffreddamento a liquido è 18,00-21,99 ℃, come mostrato nella Figura (b):

La resistenza al flusso è di circa 17 KPa. Il profilo di pressione della piastra di raffreddamento a liquido è come mostrato in (c) e il profilo di velocità della piastra di raffreddamento a liquido è come mostrato in (d):

5-Conclusione

In questa soluzione, la temperatura complessiva è compresa tra 18,38 e 28,77 ℃, la differenza di temperatura tra il nucleo della batteria più alto e quello più basso è di 2,4 ℃ e la temperatura complessiva della piastra di raffreddamento a liquido è compresa tra 18,00 e 21,99 ℃. È ancora necessaria l'uniformità della temperatura essere ottimizzato e sono presenti molte aree ad alta temperatura.

Confrontando i profili di pressione e velocità della piastra raffreddata a liquido, si può vedere che le aree ad alta temperatura della piastra raffreddata a liquido sono distribuite principalmente in aree con pressione e velocità inferiori.In combinazione con la posizione delle celle della batteria, si può vedere che il margine di larghezza della piastra di raffreddamento a liquido è ampio. Si consiglia di bloccare i due canali di flusso più esterni della piastra di raffreddamento a liquido o di ridurre adeguatamente la larghezza del liquido piastra di raffreddamento per ottenere un migliore effetto di dissipazione del calore.

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Le automobili e lo stoccaggio dell’energia tramite batterie hanno acquisito opportunità di rapido sviluppo.

Il suo componente principale, la batteria, è una fonte di energia chimica altamente sensibile alla temperatura e deve funzionare in un ambiente con temperatura adeguata.Durante il processo di carica e scarica della batteria di alimentazione, verrà generata una grande quantità di calore a causa dell'impedenza interna.Inoltre, la batteria si trova in un ambiente relativamente chiuso.Facilita l'accumulo di calore, aumenta la temperatura e provoca anche instabilità termica.Pertanto, un sistema di raffreddamento della batteria efficiente e sicuro è diventato particolarmente importante.

Attualmente esistono tre soluzioni di raffreddamento delle batterie: raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido e raffreddamento diretto con refrigerante.

La struttura è relativamente semplice e il costo basso, rendendolo adatto a scenari con capacità della batteria ridotta e bassa pressione di dissipazione del calore.

In termini di utilizzo effettivo, il mezzo liquido ha un elevato coefficiente di trasferimento del calore, una grande capacità termica e una velocità di raffreddamento rapida, quindi ha un effetto migliore nel migliorare l'uniformità della temperatura della batteria.

La tecnologia di raffreddamento diretto del refrigerante può migliorare ulteriormente l'effetto di raffreddamento della batteria, ma la progettazione uniforme della temperatura dell'evaporatore della batteria rappresenta una difficoltà tecnica.Il requisito generale è che la differenza di temperatura tra le celle della batteria nel sistema batteria non superi i 5°C (condizioni di raffreddamento + condizioni di riscaldamento).Al momento, il raffreddamento diretto del refrigerante non è ancora diventato una soluzione di progettazione tradizionale nel settore.

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     I tre obiettivi principali dell’attuale sviluppo dei veicoli a nuova energia – sicurezza, leggerezza e affidabilità – sono strettamente correlati al pacco batteria, e la custodia della batteria è il componente portante del sistema batteria, che influisce sulla collisione e sul consumo di energia del veicolo. il pacco batteria e persino l'intero veicolo hanno un impatto significativo.

Nuova struttura del pacco batterie del veicolo energetico

1.Sicurezza della batteria 

Essendo il componente principale del sistema trielettrico dei veicoli a nuova energia, il pacco batteria influisce direttamente sui principali indicatori di prestazione dei veicoli a nuova energia e la sua sicurezza spesso determina l'affidabilità dell'intero veicolo.I pacchi batteria dei veicoli a nuova energia comportano enormi rischi per la sicurezza durante le collisioni. La deformazione da collisione causerà cortocircuiti, circuiti aperti, riscaldamento frequente, esplosioni, ecc. nei moduli batteria interni e le prestazioni anti-collisione dell'involucro del pacco batteria influiscono direttamente sulla sicurezza. sesso dei moduli batteria.

La chiave per la progettazione della sicurezza del pacco batteria è ridurre il grado di danno al pacco batteria durante una collisione. Pertanto, l'ottimizzazione del percorso di trasmissione della forza di collisione del veicolo e il miglioramento dell'effetto protettivo dell'involucro del pacco batteria sono fondamentali per la progettazione.

Attualmente, la tecnologia di simulazione è ampiamente utilizzata stabilendo un modello di simulazione del pacco batteria, può prevedere le modalità di guasto in caso di collisione, estrusione, impatto, caduta e altre condizioni di lavoro, ottimizzare sistematicamente la struttura dell'involucro del pacco batteria e le dimensioni delle parti ed eseguire. Sicurezza del pacco batteria multi-obiettivo Ottimizzato per migliorare la sicurezza.

2、Batteria leggera

L’applicazione di acciaio ad alta resistenza, acciaio ad altissima resistenza, leghe di alluminio e materiali compositi è un collegamento necessario per ottenere l’alleggerimento dei veicoli di nuova energia.Poiché la parte superiore del pacco batteria non viene utilizzata per protezione e supporto, ma solo per sigillare e proteggere dalla polvere, la parte superiore è costituita principalmente da piastre di acciaio, leghe di alluminio e materiali compositi.

La parte inferiore del pacco batteria svolge principalmente il ruolo di sostenere l'intera massa della batteria, resistere agli urti esterni e proteggere il modulo batteria nel sistema batteria.I principali processi di preparazione per gli involucri inferiori dei pacchi batteria includono: profili in alluminio estruso + formatura per saldatura, piastre in alluminio stampato + formatura per saldatura, alluminio pressofuso + formatura per fusione.Attualmente, i profili in alluminio estruso + formatura tramite saldatura sono una soluzione di produzione di involucri inferiori comunemente utilizzata dalle imprese nazionali, perché è meno difficile da preparare rispetto agli involucri inferiori in alluminio stampato e ha una dimensione di stampaggio maggiore rispetto agli involucri inferiori in alluminio pressofuso.

Battery Tray( Lower shell of battery pack)

Poiché il pacco batteria e il telaio dei veicoli a nuova energia si trovano in un’area altamente sovrapposta, l’integrazione e l’ottimizzazione delle strutture del telaio e del pacco batteria è molto importante per alleggerire i veicoli a nuova energia.

La tecnologia CTP generalmente assembla i pacchi batteria dalle celle ai moduli, quindi installa i moduli nel pacco batteria, omettendo il collegamento del modulo intermedio, e integra direttamente le celle nel pacco batteria. Il pacco batteria è integrato nel pacco batteria come parte del componenti strutturali del veicolo. Sotto il pavimento della carrozzeria.La tecnologia CTP migliora efficacemente l'utilizzo dello spazio e la densità energetica del pacco batteria, nonché la rigidità complessiva del pacco batteria.

La tecnologia CTC è una versione avanzata della tecnologia CTP. Le celle della batteria sono direttamente integrate nel telaio del pavimento. L'involucro del pacco batteria viene utilizzato come piastre del pavimento superiore e inferiore. Il sedile è direttamente collegato al coperchio superiore del pacco batteria e allo spazio il tasso di utilizzo raggiunge il 63%.

La tecnologia CTB è una versione migliorata del CTC. Mantiene la struttura della trave e la parte di supporto del sedile e solo una parte della piastra inferiore è sostituita dal coperchio superiore del pacco batteria. Il tasso di utilizzo dello spazio è aumentato al 66% e la struttura della carrozzeria più completo e sicuro.

Modalità di assemblaggio del pacco batteria

3.Affidabilità del pacco batteria

L'intero processo del guscio del pacco batteria, dal servizio al cedimento per fatica, è il seguente: sotto l'azione di carichi ciclici, sottili crepe iniziano ad apparire sulla superficie del guscio, microfessure da fatica locali si espandono gradualmente e alla fine le parti subiscono una frattura istantanea fallimento.In particolare, il giunto di collegamento della custodia del pacco batteria è un'area ad alta fatica.La simulazione sperimentale e l'ottimizzazione dell'involucro del pacco batteria sono diventate un modo generale per migliorare la progettazione dell'affidabilità del pacco batteria.

Secondo i requisiti del settore, la sigillatura dell'involucro del pacco batteria deve raggiungere il livello IP6K7 e alcune aziende devono addirittura raggiungere il livello IP6K9K.Poiché la lunghezza di sigillatura dell'involucro del pacco batteria è lunga, solitamente fino a diversi metri, e la struttura di sigillatura è piccola, è necessario prestare particolare attenzione alle prestazioni di sigillatura.

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