Zastosowania płyt chłodzących cieczą w pojazdach o nowym napędzie

Wraz z szybkim rozwojem pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii (NEV), systemy akumulatorowe stają się coraz bardziej wydajne, kompaktowe i energetycznie gęste. W rezultacie zarządzanie temperaturą stało się krytycznym czynnikiem wpływającym na bezpieczeństwo, żywotność i wydajność akumulatora. Spośród wszystkich rozwiązań termicznych, płyta chłodząca cieczą stała się kluczowym elementem systemów akumulatorowych pojazdów elektrycznych.

Typowy układ chłodzenia akumulatora pojazdu elektrycznego składa się z ogniw akumulatora, chłodnicy akumulatora, przewodów rurowych i płyty chłodzącej cieczą akumulatora. Elementy te współpracują ze sobą, aby utrzymać optymalną temperaturę pracy, zapewnić równomierny rozkład temperatury i zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi temperatury.

Rola płyt chłodzących cieczą w systemach akumulatorów pojazdów elektrycznych

Płyta chłodząca akumulator cieczą, zwana również płytą chłodzącą, odpowiada za odprowadzanie ciepła z ogniw akumulatora. Zazwyczaj jest instalowana pod lub obok modułów akumulatora, umożliwiając cyrkulację płynu chłodzącego i pochłanianie ciepła wytwarzanego podczas ładowania i rozładowywania.

w porównaniu z chłodzeniem powietrznym, płyty chłodzące cieczą oferują:

• wyższa wydajność wymiany ciepła

• szybsza reakcja termiczna

• lepsza jednorodność temperatury w komórkach

• zwiększone bezpieczeństwo i żywotność baterii

W miarę jak systemy akumulatorowe ewoluują w kierunku wyższych szybkości ładowania i wyższych mocy wyjściowych, zapotrzebowanie na zaawansowane rozwiązania płyt chłodzących akumulatory pojazdów elektrycznych stale rośnie.

wyzwania dla płyt chłodzących wodą w zastosowaniach pojazdów elektrycznych

w przeciwieństwie do ogólnych elementów termicznych, płyta chłodząca wodą stosowana w nowych pojazdach energetycznych musi pracować w wymagających warunkach:

• duże obciążenie mechaniczne (obsługa modułów akumulatorowych)

• ciągłe narażenie na działanie chłodziwa i potencjalna korozja

• wymagania dotyczące długiej żywotności

• wysoka niezawodność i szczelność

Dlatego też materiały stosowane do produkcji aluminiowych płyt chłodzących cieczą muszą charakteryzować się zarówno dużą wytrzymałością, jak i doskonałą odpornością na korozję. Doprowadziło to do opracowania zaawansowanych lutowanych materiałów kompozytowych zaprojektowanych specjalnie do samochodowych układów chłodzenia.

rozwój lutowanych materiałów kompozytowych

z perspektywy inżynierii materiałowej, wydajność lutowanej płyty chłodzącej cieczą w dużym stopniu zależy od składu stopu i konstrukcji. W ostatnich latach opracowano kilka nowych materiałów kompozytowych na bazie aluminium, aby sprostać potrzebom systemów chłodzenia akumulatorów NEV.

1. wysokowytrzymałe stopy lutownicze aluminium

Aby utrzymać ciężar akumulatora i obciążenia konstrukcyjne, jako materiał bazowy płyt chłodzących cieczą stosuje się stopy aluminium o wysokiej wytrzymałości. Stopy te zapewniają:

• doskonała wytrzymałość mechaniczna

• dobra odporność na zmęczenie

• zgodność z procesami lutowania

optymalizując skład stopu, producenci mogą poprawić zarówno integralność strukturalną, jak i długoterminową trwałość płyty chłodzącej.

2. Materiały okładzinowe odporne na korozję

Wewnętrzne kanały płyty chłodzącej cieczą akumulatora są stale wystawione na działanie chłodziwa, często mieszanki wody i glikolu. Takie środowisko może z czasem powodować korozję.

Aby temu zaradzić, do aluminiowego podłoża dodaje się warstwy okładzinowe odporne na korozję. Warstwy te:

• poprawić odporność na korozję chłodziwa

• wydłużyć żywotność

• utrzymać stabilną wydajność cieplną

jest to szczególnie ważne w przypadku płyt chłodzących akumulatory pojazdów elektrycznych, gdzie niezawodność ma kluczowe znaczenie.

3. zaawansowane materiały lutownicze

Materiały lutownicze odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu mocnego połączenia i uszczelnienia lutowanej, płynnej płyty chłodzącej. Nowoczesne materiały lutownicze są zazwyczaj oparte na systemach aluminiowo-krzemowych, oferując:

• dobra zwilżalność i płynność

• silna wytrzymałość stawów

• stała przewodność cieplna

Zoptymalizowane materiały wypełniające pomagają również ograniczyć wady, takie jak porowatość, i poprawić ogólną jakość produktu.

technologie produkcyjne dla płyt chłodzących cieczą do pojazdów elektrycznych

Do produkcji płyt chłodzących cieczą do zastosowań motoryzacyjnych stosuje się kilka metod produkcji:

technologia lutowania

Lutowanie próżniowe i lutowanie w atmosferze kontrolowanej to powszechnie stosowane metody produkcji lutowanych na zimno produktów z wykorzystaniem płynnej płyty lutowniczej. Metody te zapewniają trwałe połączenia, doskonałe uszczelnienie i równomierne rozprowadzanie ciepła.

wytłaczanie + spawanie

wytłaczane aluminiowe płyty chłodzące cieczą charakteryzują się dużą wytrzymałością i niskimi kosztami, co sprawia, że nadają się do produkcji na dużą skalę.

spawanie tarciowe z mieszaniem (fsw)

Połączenie fsw jest bardzo wytrzymałe i szczelne, dzięki czemu idealnie nadaje się do projektów płyt chłodzących, które muszą pełnić zarówno funkcję chłodzenia, jak i nośną.

każdy proces jest wybierany na podstawie projektu produktu, wymagań kosztowych i celów wydajnościowych.

optymalizacja wydajności płyt chłodzących akumulatory

Aby uzyskać optymalną wydajność, konstrukcja płyty chłodzącej cieczą musi uwzględniać:

• struktura kanału przepływowego

• równomierność rozprowadzania chłodziwa

• spadek ciśnienia i opór przepływu

• wydajność wymiany ciepła

Do optymalizacji konstrukcji kanałów i zapewnienia wydajnej pracy płytki chłodzącej akumulator cieczą w rzeczywistych warunkach pracy zastosowano zaawansowane narzędzia symulacyjne i metody testowania.

W miarę rozwoju nowych pojazdów elektrycznych znaczenie efektywnego zarządzania temperaturą będzie tylko rosło. Płyta chłodząca cieczą stała się kluczowym elementem zapewniającym bezpieczeństwo, wydajność i trwałość akumulatora.

Dzięki rozwojowi zaawansowanych lutowanych materiałów kompozytowych, ulepszonej konstrukcji stopów i zoptymalizowanym procesom produkcyjnym, nowoczesne rozwiązania płyt chłodzących akumulatorów pojazdów elektrycznych osiągają większą wytrzymałość, lepszą odporność na korozję i ulepszone parametry cieplne.

W przyszłości, dzięki stałemu rozwojowi technologii akumulatorów, wydajne aluminiowe płyty chłodzące cieczą i lutowane płyty chłodzące cieczą będą odgrywać jeszcze ważniejszą rolę w sukcesie pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii.