Plaque de refroidissement liquide de batterie

La plaque de refroidissement liquide est un composant essentiel pour la gestion thermique des batteries dans les véhicules à énergie nouvelle, les systèmes de stockage d'énergie et d'autres industries. Il permet une égalisation efficace de la température de la batterie grâce à un substrat métallique à haute conductivité thermique et à une structure de canal de flux à microcanaux. Ses technologies de base comprennent la conception de refroidissement double face (zone de contact ≥ 80%), l'optimisation de la résistance au débit microcanal (chute de pression ≤ 50kPa), le matériau composite de changement de phase (capacité thermique augmentée de 30%), etc., adapté aux besoins de dissipation de chaleur des batteries à haute densité énergétique (telles que NCM811, LFP) dans des scénarios de charge rapide (≥ 3C) et de décharge à haute puissance (≥ 200kW), garantissant que la différence de température du paquet de batterie est ≤ 5 ℃ et que la durée de vie est prolongée de 20%.

2, Caractéristiques de base

1. Conduction thermique efficace et contrôle de la température

Conductivité thermique :

Données: Le substrat est fait d'alliage d'aluminium 6061-T6 (conductivité thermique 167 W / m · K) ou de structure composite d'aluminium en cuivre (épaisseur de couche de cuivre 1,5 mm, conductivité thermique 398 W / m · K), ce qui est 74% -315% plus élevé que l'aluminium coulé sous pression traditionnel (96 W / m · K).

La plaque de refroidissement liquide de Ningde Era CTP 3.0 adopte un substrat composite en cuivre et en aluminium, et la résistance thermique de contact est réduite à 0,005 ℃ · en ² / W, qui est assortie de gel conducteur thermique nano (résistance thermique 0,003 ℃ · en ² / W) pour atteindre la résistance thermique entre le module de batterie et la plaque de refroidissement liquide ≤ 0,01 ℃ · en ² / W.

Performance d'uniformité de température:

Données: En utilisant des canaux d'entrée et de sortie doubles (largeur de canal 0,8-1,2mm, profondeur 1,5-2mm) et des déflecteurs ondulés (hauteur d'onde 3mm, distance d'onde 5mm), la différence de température de la batterie est contrôlée à ± 2 ℃ (à un taux de décharge de 2C), ce qui est 60% inférieur au schéma de canal d'entrée et de sortie simples.

Test: Lorsque le liquide de refroidissement 3M (FC-72, capacité thermique spécifique 1,2 kJ / kg · K) est circulé à un débit de 1,5 m / s, le coefficient de transfert de chaleur convectif atteint 8000-12000 W / m ² · K, et la température de surface la plus élevée de la batterie est réduite de 25 ℃ par rapport au refroidissement naturel.

2. Léger et résistance structurelle

Optimisation de la densité :

Données: La densité de la plaque refroidie liquide en alliage d'aluminium est de 2,7 g/cm³, ce qui est 69,7% plus léger que celle de la plaque refroidie liquide en cuivre (8,9 g/cm³). Prenant la plaque refroidie liquide Tesla Model 3 comme exemple, le poids d'une seule pièce a été réduit de 8,5 kg dans la solution de cuivre à 2,6 kg, ce qui a entraîné une réduction du poids de plus de 50 kg et une augmentation de 3 à 5% de la portée.

Matériel composite: En utilisant un substrat en polymère renforcé en fibre de carbone (CFRP) (conductivité thermique de 5 W/m·K, densité de 1,5 g/cm³) et un composite à canal d'écoulement métallique, le poids est encore réduit de 40%, adapté à des scénarios ultra légers tels que les batteries de drones.

Propriétés mécaniques :

Données: Rendement ≥ 240MPa (état T6), résistance aux chocs (encoche Charpy V) ≥ 25J / cm², réussir les essais d'impact à froid et à chaud (1000 cycles) de -40 ℃ à 120 ℃ sans fissures, adapté aux conditions de travail difficiles de l'accélération des vibrations de la batterie 15g (continue pendant 10 heures).

Étanglement: canal de flux de soudure laser est utilisé (résistance de soudure ≥ 80% de la résistance du substrat), détecteur de fuite de spectromètre de masse d'hélium détecte le taux de fuite ≤ 1 × 10 ⁻⁹ Pa·m³/s, réduisant le risque de fuite de liquide de refroidissement de 99%.

3. Résistance à la corrosion et fiabilité

Traitement de surface :

Données: La surface du substrat est revêtue de nickel phosphore (épaisseur 5-10 μm) ou de nanocéramique (dureté HV 800-1000), et l'essai de pulvérisation de sel (ASTM B117) ne montre aucune corrosion après 2000 heures, ce qui est 6,7 fois plus résistant à la corrosion que la peinture ordinaire (300 heures).

Cas: La plaque de refroidissement liquide BYD Han EV adopte un revêtement de nickel phosphore et un traitement d'étanchéité en silicium organique, qui convient à des environnements extrêmes tels que la haute humidité à Hainan et les terres alcalines salines dans le nord. Le coût d’entretien est réduit de 70 % pendant la durée de vie de 10 ans.

Résistance au gel:

Données: La conception du canal d'écoulement réserve 5% d'espace d'expansion, combiné avec du liquide de refroidissement à base d'éthylène glycol (point de congélation -40 ℃), et a passé les tests de cycle de température (500 cycles) de -50 ℃ à 120 ℃ sans déformation. Par rapport aux systèmes de refroidissement à eau pure, la résistance au gel est augmentée de 20 fois.

Un écran filtrant en acier inoxydable de 200 mailles est installé à l'entrée du canal d'écoulement, combiné à un dispositif de filtration en ligne du liquide de refroidissement (précision de filtration de 10 μm), avec un taux d'élimination des impuretés de ≥ 99%, pour éviter le blocage des microcanaux.

4. Économie et capacité de production en masse

Coût de fabrication :

Données: Le coût d'une seule plaque refroidie par liquide en alliage d'aluminium est de 15 à 25 $ (taille du lot de plus de 100 000 pièces), ce qui est 60% inférieur à la solution de cuivre et 40% inférieur au processus d'estampage + brasage. Le cycle de développement du moule est de 20 à 30 jours, avec une capacité de production de 5000 pièces par jour (8 heures), adaptée à la production à grande échelle.

Comparaison des procédés: le soudage par agitation à frottement (FSW) remplace le brasage traditionnel, augmentant l'efficacité du soudage de trois fois, réduisant la consommation d'énergie de 50% et augmentant la résistance de la soudure de 40%. Il convient aux structures de canaux complexes.

Flexibilité de personnalisation:

Données: Prend en charge la conception personnalisée avec une largeur de canal de 0,5-2mm et une profondeur de 1-3mm, avec un facteur de complexité de ≤ 8 (circonférence ² / zone). Il peut atteindre le canal de gradient (largeur d'entrée 1.2mm → sortie 0,8 mm), canal courbé 3D et autres structures irrégulières, s'adaptant à différentes configurations de modules de batterie.

3,Scénarios d'application typiques et solutions

1. batterie de puissance de véhicule de nouvelle énergie

Véhicule électrique (BEV):

Structure: Plaque de refroidissement liquide microcanal à double couche (espacement de canal de 1,5 mm, profondeur de 2 mm), intégrée avec des trous d'installation de vanne anti-explosion, des fentes de fixation du module de batterie et une couche d'isolation (épaisseur de 0,1 mm).

Performance: Convient à la plate-forme de haute tension 800V, avec une différence de température du pack de batterie de ≤ 3 ℃ et une résistance thermique de 0,02 ℃ / W pendant la charge rapide (≥ 3C), répondant à l'exigence d'une durée de vie de 10 ans / 1,2 million de kilomètres.

Véhicule électrique hybride (HEV):

Structure: Plaque refroidie liquide composite en cuivre et en aluminium (couche de cuivre 1mm + couche d'aluminium 5mm), blindage électromagnétique nickelé de surface, couche absorbante de chaleur de matériau de changement de phase (PCM) intégré (point de fusion 45 ℃).

Case: Toyota Prius batterie pack plaque refroidie liquide, température de jonction IGBT ≤ 120 ℃ à la puissance maximale de 150kW, réduite de 20 ℃ par rapport à la solution en aluminium pur, et le risque de fuite thermique réduit de 80%.