Kurze Einführung in die Anwendung von Flüssigkeitskühlplatten im Leistungsbatteriesystem

Mit der Notwendigkeit des Pkw IP67 wird der Bereich der für das Leistungsbatteriesystem verfügbaren Kühlmethoden stark eingeschränkt. Unter den ausgereifteren Kühlverfahren wurde die Luftkühlung zusätzlich zu dem Verfahren zur Verwendung anderer Wärmeübertragungsmittel grundsätzlich von der Anwendung von Pkw-Batteriepacks ausgeschlossen. In Verbindung mit dem Demonstrationseffekt von Tesla ist die Wasserkühlung kein Vorforschungsthema mehr und wird so schnell wie möglich zum Schwerpunkt der Kommerzialisierung.

Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit einem Punkt im Flüssigkeitsbatterie-Flüssigkeitskühlsystem, der Flüssigkeitskühlplatte, dem Grundwissen der ersten Hälfte der flüssigkeitsgekühlten Platte, der zweiten Hälfte des aktuellen typischen Modells der flüssigkeitsgekühlten Plattenanwendung.

Flüssigkeitsgekühlte Platte scheint es keine einheitliche Definition zu geben. Wir definieren nur die Anwendung der flüssigkeitsgekühlten Platte des Akkus. Definieren wir es vorerst: Im Strombatteriesystem erzeugt die Batterie überschüssige Wärme, und die Wärme fließt durch die Batterie. Oder das Modul wird in Kontakt mit der Oberfläche der Aluminiumvorrichtung vom Plattentyp übertragen und schließlich von dem Kühlmittel abgeführt, das durch den internen Strömungsweg der Vorrichtung fließt. Diese plattenförmige Aluminiumvorrichtung ist eine flüssige Kühlplatte.

Allgemeine Anforderungen an flüssigkeitsgekühlte Paneele

Die Wärmeableitungsleistung ist groß, und die während des Arbeitsprozesses der Leistungsbatterie erzeugte überschüssige Wärme kann rechtzeitig abgeleitet werden, um einen übermäßigen Temperaturanstieg zu vermeiden.

Hohe Zuverlässigkeit, Arbeiten in Straßenfahrzeugen, Vibrationen, Stößen, Wechselumgebungen bei hohen und niedrigen Temperaturen, die meisten Produkte sind raue Arbeitsbedingungen und die Batteriespannung beträgt Hunderte von Volt. Kühlmittelleckage ist ein ernstes Problem, selbst wenn Sie sie verwenden Kühlmittel mit guter Isolationsleistung, aber die Isolationsleistung wird unmittelbar nach dem Auftreten äußerer Verunreinigungen verringert. Daher ist die Zuverlässigkeit der Kühlplattenversiegelung sehr wichtig;

Das Wärmeableitungsdesign ist genau und vermeidet übermäßige Temperaturunterschiede im System. Dies ist auf die Leistungsanforderungen der Lithiumbatterie zurückzuführen. Die Leistung und Alterung der Batterie hängen eng mit der Arbeitstemperatur zusammen.

Es gibt strenge Anforderungen an das Gewicht der Kühlplatte. Dies ist auf das Streben nach Energiedichte im Leistungsbatteriesystem und auf das Kühlsystem zurückzuführen, das die Energiedichte des Systems erheblich verschlechtert, was sowohl für Kunden als auch für Konstrukteure nicht akzeptabel ist.

Das Flüssigkeitskühlsystem nutzt die Eigenschaften eines großen Wärmeübergangskoeffizienten für den Flüssigkeitsstrom und stützt sich auf den Flüssigkeitsstrom, um hohe Wärme zu übertragen. Es ist derzeit eine der effektivsten Wärmeableitungsmethoden und kann Hunderte von Watt in Kilowatt Wärme abgeben. Die Standard-Pipeline-Flüssigkeitskühlplatte des Herstellers wird direkt in Kontakt mit der Bodenplatte des zu kühlenden Geräts gebracht, indem ein Kühlmittelrohr platziert wird, wodurch die Anzahl der Wärmeaustauschschnittstellen zwischen dem Gerät und dem Kühlmittel verringert werden kann, wodurch der minimale Wärmewiderstand aufrechterhalten wird und Verbesserung der Leistung.

Der Hersteller unterteilt den Typ der flüssigkeitsgekühlten Platte nach dem Typ der flüssigkeitsgekühlten Platte. Die wichtigsten sind: Vakuumgelötete Wasserplatte, FSW-Kühlplatte, ExposedTubeColdplate und verschiedene Flüssigkeitskühlungsmethoden wie Aluminium / Kupferplatte LongHoleDrilled. Ihre jeweiligen Vor- und Nachteile finden Sie in der folgenden Tabelle.

Typische Parameter:

Produktbeispiel für eine flüssige Kühlplatte eines Herstellers

Dieses Haus ist nach den wichtigsten Merkmalen des Produkts in drei Typen unterteilt.

Typ 1, bei dem die Wärmeableitung im Vordergrund steht, erhöht die Verwendung einer Rippenstruktur im Fluidweg die Kontaktfläche mit dem Kühlmittel, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird. Das Produkt hat eine vakuumgelötete Konstruktion und ist in einer kundenspezifischen Konfiguration erhältlich.

Typ 2 betont den geringen Druckabfall. Die flüssigkeitsgekühlte Platte verwendet einen speziell hergestellten CNC-Fräs-Mikroströmungsweg, um einen Flüssigkeitskanal auf der Bodenplatte zu bilden. Unter Bedingungen mit geringem Druckabfall weist es eine ausgezeichnete Wärmeableitung auf, was die Kosten des Fluidzirkulationssystems reduziert.

Typ 3 betont die strukturelle Form, in die das Rohr eingebettet ist. Das Rohr ist in die Bodenplatte eingebettet, um eine Kühlplatte mit starken mechanischen Eigenschaften zu bilden. Die Oberflächenverlängerungsflüssigkeitskühlplatte verwendet ein dickeres und dichter gepacktes Rohr, um die Fläche zu vergrößern, wodurch die Oberfläche in Kontakt mit dem Kühlmittel vergrößert wird, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.

Ein Beispiel für ein Kühlplattenprodukt vom Typ B.

Dieses Produkt ist leichter, kann aber sein Gewicht nicht tragen.

Flüssige Kühlplatte typischer Prozess

Der Produktionsprozess für flüssige Kühlplatten ist komplizierter als der allgemeine luftgekühlte Kühlkörper. Die Wärmeableitung der Flüssigkeitskühlung stellt hohe Anforderungen an die Prozesssicherheit, sodass Hersteller mit starken technischen Niederschlägen zuverlässige technische Unterstützung bieten können. Die allgemeine Technologie zur Herstellung von Flüssigkühlplatten weist die folgenden verschiedenen Techniken auf.

Vergrabener Rohrprozess

Das Erdrohrverfahren ist das am weitesten verbreitete Verfahren zur Herstellung von flüssigkeitsgekühlten flüssigkeitsgekühlten Kühlerplatten. Im Allgemeinen wird das Aluminiumsubstrat in ein Kupferrohr eingegraben, dh das Aluminiumsubstrat wird durch eine CNC bearbeitet, und dann wird das gestanzte Kupferrohr gebogen. Es wird auf ein Aluminiumsubstrat gepresst, hartgelötet und dann zu einer wassergekühlten Platte verarbeitet.

Die Flüssigkeitskühlplatte vom Typ mit vergrabenem Rohr hat im Allgemeinen drei Formen: eine ist eine flache Kühlplatte mit vergrabener Flüssigkeit; die andere ist eine tief vergrabene flüssige Kühlplatte; Der dritte ist ein geschweißter Rohrprozess. und die vierte ist eine doppelseitige Quetschprozess-Flüssigkeitskühlplatte. Die drei Formen des Handwerks sind nicht sehr unterschiedlich und die Schwierigkeit der Verarbeitung ist dieselbe. Einige der ursprünglichen Prinzipien der Flüssigkeitskühlung, die für Hochleistungsschaltgeräte entwickelt wurden, können auch als Referenz in Kühlsystemen für Leistungsbatterien verwendet werden.

Flachrohrverfahren: Geeignet für einseitige Installation. Nachdem das Kupferrohr abgeflacht und gleichzeitig die Aluminiumplatte gefräst ist, ist es für die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupferrohrs vorteilhaft, die Wärme abzuleiten. Die Verwendung von Aluminium-Leichtgewicht spielt die Rolle der Gewichtsreduzierung und Kostenkontrolle.

Tief vergrabenes Rohrverfahren: Der Füllstoff besteht aus aus den USA importiertem Epoxidharz mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Wenn der Temperaturunterschied des Kühlgeräts nicht hoch ist, kann es auf beiden Seiten installiert werden, da die Dicke des Kupferrohrs nicht zweimal verarbeitet wird und der Füllschutz Schutz und Sicherheit bieten kann, insbesondere für Kühlplatten mit Kältemittel geeignet Mittel.

Geschweißtes Rohrverfahren: Geeignet für Kupferplatte + Kupferrohr, um die Dicke der Platte zu reduzieren und das Gewicht zu reduzieren.

Doppelseitiger Quetschvorgang: zweiseitige Montagevorrichtung, einfacher Vorgang und geringe Kosten; Aluminiumplatte + Aluminiumrohr & Kupferrohr & Edelstahlrohr.

Profil + Schweißen

Flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper werden anhand von Profilen verarbeitet. Diese Kühlkörper sind mehr geformt und haben mehr Typen, wie z. B. Plattentyp, Kanaltyp und kombinierter Typ. Das allgemeine Produktionsprinzip basiert auf Profilen. Verarbeitung und Schweißen, das Profil und das Verbindungsrohr werden zu einem ganzen Flüssigkeitskühler kombiniert.

Der Fließweg der Kühlplatte wird direkt durch den Extrusionsprozess gebildet, und dann wird der Kreislauf durch das Bearbeitungsverfahren geöffnet, und der Schweißprozess wird üblicherweise durch Reibschweißen, Hartlöten usw. durchgeführt. Der Prozess hat eine hohe Produktionseffizienz und niedrige Kosten ;; und ist nicht für übermäßige Wärmeableitungsdichte geeignet. Die Anwendung ist nicht für Anwendungen geeignet, bei denen die Oberfläche zu viele Schraubenlöcher aufweist, um den Wasserlauf zu begrenzen oder die Zuverlässigkeit zu verringern. Hauptsächlich verwendet in: Power Battery Wasserkühlungskühlkörper, Wasserabscheider und Standard-Power Module-integrierten Kühlkörperprodukten.

Bearbeitung + Schweißen

Die wassergekühlte Platte nimmt den maschinell hinzugefügten Modus an, und die Größe und der Weg des internen Strömungskanals können frei gestaltet werden. Es eignet sich für Wärmemanagementprodukte mit großer Leistungsdichte, unregelmäßigem Wärmequellenlayout und begrenztem Platzangebot. Es wird hauptsächlich verwendet in: Windkraftanlagen, Photovoltaik-Wechselrichtern. Das Design von Wärmeableitungsprodukten in den Bereichen IGBTs, IGBTs, Motorsteuerungen, Laser, energiespeicher-Netzteile und Supercomputer wird in Leistungsbatteriesystemen weniger verwendet.

Der Mikrokanal-Kühlkörper ist auch ein Kühlkörper, der durch Kombination von Bearbeitungs- und Schweißprozessen hergestellt wird. Die Herstellung ist komplizierter als bei anderen Kühlkörpern. Mikrokanal-Kühlkörper werden im Allgemeinen bei Maschinen mit großer Wärmeableitung und konzentrierter Wärmeableitung verwendet. Der Weg des Kanals ist, weil der Wasserkanal breiter und gleichmäßiger ist und die konzentrierte Wärme schnell abführen kann.

Der flüssigkeitsgekühlte Mikrokanal-Kühlkörper-Herstellungsprozess ist jedoch auch relativ kompliziert, im Allgemeinen unter Verwendung eines bearbeiteten Mikrokanals und dann unter Verwendung eines Reibschweißprozesses zum Schweißen, und die Herstellungskosten sind ebenfalls hoch.

Druckguss + Schweißen

Das Druckgussverfahren ist ein sehr ausgereiftes und weit verbreitetes Umformverfahren. Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge ist es die erste Wahl für die Massenproduktion von Motorsteuerungen, Leistungsbatterieschalen und Wärmeableitungsboxen. Dabei müssen jedoch Druckgussverunreinigungen kontrolliert werden. Probleme wie Stomata, die konservative Verwendung der Dichtringmethode oder das Reibschweißen müssen die Zuverlässigkeit des Prozesses verbessern, um ein Austreten von Wasser zu vermeiden.

Druckguss und erneutes Schweißen, gute Prozesskontrolle, stabiler Prozess und Chargenlieferfähigkeit. Zusätzlich zum Reibschweißverfahren werden einige wassergekühlte Platten auch hartgelötet oder vakuumgelötet.

Diese Art von wassergekühlter Platte kann zusammen mit der batteriebetriebenen Druckgussbox in Betracht gezogen werden. Die wassergekühlte Unterschicht AudiQ7PHEV ist eine solche Verwendung. Auf der Beijing Auto Show vor zwei Tagen wurde das geformte Musterdisplay gesehen.

Typische wassergekühlte Modellplatte

Im Strombatteriesystem gibt es viele Möglichkeiten, Wärme von der Oberfläche der Batterie abzuleiten. Nur im Rahmen der Aktion kann es in eine im Modul integrierte wassergekühlte Platte auf Batteriestand und eine wassergekühlte Ausführung auf Modulebene außerhalb des Moduls unterteilt werden. Tafel. Das Folgende sind einige Bilder aus der öffentlichen Nummer der "Power Battery Thermal Management Technology", um die Anwendung wassergekühlter Paneele in tatsächlichen Fällen zu veranschaulichen.

Wassergekühlte Platte auf Modulebene

Insgesamt wirkt die wassergekühlte Platte auf ein oder mehrere Batteriemodule. Als Bestandteil des gesamten akkus setzen wir ihn anstelle der Komponenten des Batteriemoduls unter den Kopf der wassergekühlten Platte auf Modulebene.

AudiQ7PHEV Akku

Mercedes-Benz SmartGen3 Akku

ChevroletBolt2017 Akku

ChevroletBolt2017 flüssige Kühlplatte physikalisch

BMW i3 Flüssigkeitskühlsystem

BMW i3 flüssige Kühlplatte physikalisch

Akku und Kühlplatte für BMWi8

Wassergekühlte Platte mit Batteriestand

Eine wassergekühlte Platte oder eine dielektrische Folie mit guter Wärmeleitfähigkeit ist zwischen den Zellen angeordnet, um einen Teil des Moduls für eine bessere Wärmeableitung zu bilden. Diese Art von Material befindet sich unter dem Kopf der wassergekühlten Platte im Modul.

Explosionsdiagramm des VolvoXC90T8-Batteriepackmoduls

GMVolt Modulstruktur

GMVolt Kühlstruktur

Tesla ModelS-Modul

Patentbeschreibung der wassergekühlten Tesla-zylinderbatterie

Wenn wir den Anwendungsfall betrachten, können wir sehen, dass das quadratische Flüssigkeitskühlsystem der Batterie meistens die Wasserkühlplatte auf Modulebene verwendet und sich im Allgemeinen am Boden des Batteriekastens befindet. Die Flüssigkeitskühlung der Softpack-Batterie ist die Form einer integrierten kleinen Wasserkühlplatte im Modul. Es gibt auch eine integrierte Aluminiumplatte im Modul, und eine flüssigkeitsgekühlte Platte auf Modulebene ist außerhalb des Moduls angeordnet. Die zylindrische Batterie, das von Tesla geleitete Serpentinenrohr, ist der Hauptkühler für die Flüssigkeitskühlung.

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