Poiché i veicoli a nuova energia, i data center e i sistemi di stoccaggio dell'energia stanno sperimentando una crescita esplosiva, le prestazioni termiche delle piastre di raffreddamento a liquido determinano direttamente la stabilità e la durata di servizio delle apparecchiature.Una struttura del canale di flusso ben progettata migliora significativamente l'uniformità della temperatura dei moduli della batteria, mentre processi di produzione avanzati garantiscono una progettazione ottimale del percorso di flusso, resistenza alla pressione,e efficienza dei costiQuesto articolo fornisce una panoramica completa delle principali tecnologie di fabbricazione, delle tecniche chiave e dei punti di controllo della qualità per le piastre di raffreddamento liquido.
1Selezione dei materiali e pre-trattamento
1.1 Materiali principali
Leghe di alluminio: la scelta dominante per le piastre di raffreddamento delle batterie EV, bilanciando la conducibilità termica, il peso leggero, la resistenza, la lavorabilità e il costo.3003 lega di alluminio è ampiamente utilizzato a causa della sua tecnologia matura e eccellente prestazioni complete.
Leghe di rame: il rame puro (conduttività termica: 401 W/m·K) è ideale per scenari ad alta potenza (ad esempio, piattaforme ad alta tensione da 800 V), che richiedono verniciatura o anodizzazione per prevenire la corrosione.
Materiali compositi: i materiali compositi in lega di alluminio ad alta resistenza (struttura a 3 strati: nucleo + strato di brasatura + strato sacrificale) sono utilizzati per applicazioni che richiedono una resistenza meccanica superiore.
1.2 Processo di pretrattamento
Degrasamento superficiale: la pulizia ad ultrasuoni (28 ¢ 80 kHz) rimuove i contaminanti dell'olio per garantire una saldatura e una passivazione affidabili.
Passivazione: la passivazione senza cromato o cromo (ad esempio, soluzione di sale di titanio) forma un film protettivo su scala nanometrica, raggiungendo oltre 1.000 ore di resistenza allo spruzzo di sale.
2. Tecnologie di formazione dei canali di flusso
2.1 Formaggio per stampaggio: nucleo di produzione ad alto volume
Caratteristiche del processo: le servopresse forniscono stampaggio ad alta velocità a 60 colpi/min con tolleranza di profondità del canale di flusso di ±0,05 mm. Ideale per piastre di raffreddamento medie/piccole con utilizzo del materiale superiore al 70%.
Caso: le batterie CTB BYD Seal adottano il raffreddamento diretto della piastra di timbrazione, aumentando l'efficienza dello scambio termico del 40% attraverso canali di flusso di grande area.
2.2 Idroformazione: esperto in canali di flusso complessi
Passi di processo: taglio in bianco dell'alluminio (± 0,1 mm) → espansione idraulica (3050 MPa, 210 secondi di tenuta) → taglio a getto d'acqua → assemblaggio di brasatura a vuoto.
Vantaggi: elevata flessibilità di progettazione (strutture serpentine, ramificate) con una perdita di pressione inferiore del 20% rispetto alle piastre stampate.
Caso: la batteria CATL Kirin utilizza grandi piastre idroformate (1,200×800×50 mm), aumentando l'area di raffreddamento di 4 volte.
2.3 Formaggio per estrusione: soluzione standard conveniente
Processo: estrusione di profili di alluminio con canali di flusso preformati (ad esempio tubi di armonica), seguito dal taglio e dalla saldatura della testata.
Limitazioni: costo inferiore del 30% rispetto allo stampaggio, ma limitato ai canali di flusso rettilineo, adatti alle piastre di raffreddamento dei contenitori di stoccaggio dell'energia.
2.4 Stampa 3D: innovazione strutturale
Tecnologia: la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) produce piastre di raffreddamento monolitiche senza cuciture di saldatura, resistenti a una pressione superiore a 6 bar.
Caso: le piastre stampate in 3D di Singapore CoolestDC utilizzano pinne obliqui per migliorare l'efficienza di raffreddamento del 20%, implementate nei sistemi di raffreddamento NVIDIA H100 GPU.
3. La lavorazione dei canali di flusso: il nucleo delle prestazioni termiche
3.1 Metodi tradizionali
Processo del tubo incorporato: i tubi di rame vengono pressati in scanalature di alluminio fresato (ratio profondità/diametro ≤3:1) e fissati mediante brasatura.
Vantaggi: zero rischio di perdite (tubi senza cuciture), maturi ed economici.
Contro: flessibilità limitata del canale di flusso; rischio di corrosione galvanica tra rame e alluminio.
Applicazioni: raffreddamento liquido dei server, dissipatori di calore per inverter industriali.
Macchinari a scarica elettrica (EDM): il taglio del filo (precisione ± 0,01 mm) crea micro-canali in stampi in lega dura per la prototipazione.
Etching chimico: la fotolitografia + l'etching NaOH produce canali su micro-scala per piastre ultra-sottili (≤ 0,5 mm).
3.2 Disegni innovativi
Canali di flusso bionici: i canali a forma di pinne di squalo di Valeo aumentano la turbolenza del liquido di raffreddamento, aumentando il coefficiente di trasferimento del calore del 15%.
Strutture ramificate: i moduli della batteria Tesla 4680 utilizzano piastre ramificate lateralmente con sotto-rami di 15° per ridurre al minimo i differenziali di temperatura.
4Tecnologie di saldatura: sfide di tenuta e tenuta
4.1 Legatura a vuoto: preferita la produzione in serie
Principio: il riempitore di brasatura in alluminio-silicio si fonde in un forno a vuoto, legando le piastre del canale di flusso e coprendo metalurgicamente.
Vantaggi: supporta strutture complesse di micro-canali / pinne (guadagno di efficienza superiore al 30%); la costruzione in alluminio leggero resiste a una pressione superiore a 10 bar.
Caso: le piastre delle batterie CATL CTP utilizzano brasatura a vuoto con deformazione < 0,1 mm.
4.2 Saldatura a stiramento per attrito (FSW): legame ad alta resistenza
Principio: un perno rotante genera calore di attrito per plastificare i materiali, creando saldature a stato solido.
Vantaggi: la resistenza alla saldatura raggiunge il 90% + del metallo comune; ecologico (senza filo di riempimento / gas di schermatura).
Caso: le batterie BYD Dolphin usano FSW per legare piastre e involucri, superando il test di pressione di 20 bar.
4.3 Processo ibrido di stampaggio e brasatura
Caratteristiche: combina l'efficienza di stampaggio con la tenuta con saldatura; costo inferiore del 40% rispetto al FSW.
Applicazioni: piastre per contenitori di energia, dissipatori di calore per elettrodomestici.
4.4 Saldatura a laser
Vantaggi: minima zona colpita dal calore, resistenza alla saldatura superiore al 90%, nessuna deformazione/porosità; 5×10 volte più veloce dei metodi tradizionali.
Applicazioni: batterie per veicoli elettrici, refrigerazione industriale, sistemi di energia solare.
5Trattamento superficiale e garanzia della qualità
5.1 Trattamento superficiale
Anodizzazione: l'anodizzazione con acido solforico (12 ′′ 18V) crea film di ossido da 5 ′′ 20 μm, 10 volte migliore resistenza alla corrosione e maggiore isolamento (tensione di rottura > 500V).
Rivestimento in PTFE: strati di politetrafluoroetilene da 50 a 100 μm riducono il coefficiente di attrito a 0.1, riducendo al minimo la resistenza al flusso del liquido di raffreddamento.
5.2 Prova di processo completo
Detezione di perdite:
Spectrometria di massa dell'elio (1×10−9 mbar·L/s): piastre della batteria EV, tasso di perdita ≤ 0,1 cm3.
Prova idrostatica (pressione di lavoro di 1,5 ×, tenuta di 30 min): piastre di accumulo di energia.
Qualità interna:
Ultrasuoni C-SAM (50 ‰ 200 MHz): rileva difetti di brasatura (vuoti > 5%) con risoluzione di 50 μm.
CMM (± 0,002 mm): verifica le dimensioni del canale e l'accuratezza del contatto delle celle.
Conclusioni
La produzione di piastre di raffreddamento liquido integra la scienza dei materiali, la lavorazione di precisione e le tecnologie di saldatura avanzate.ogni processo ha un impatto diretto sulle prestazioni e sull'affidabilità del raffreddamentoCon l'aumentare delle esigenze di gestione termica ad alta densità, innovazioni come i canali bionici stampati in 3D e le strutture monolitiche FSW miglioreranno ulteriormente l'efficienza riducendo i costi.
