パワーバッテリーシステムにおける液体冷却プレートアプリケーションの簡単な紹介

乗用車IP67の要件が必要になるにつれ、パワーバッテリーシステムで利用できる冷却方法の範囲は大幅に狭められています。より成熟した冷却方法の中で、空冷は、他の熱伝達手段を使用する方法に加えて、乗用車のバッテリーパックの適用から基本的に除外されてきた。テスラのデモンストレーション効果と相まって、水冷はもはや研究前のトピックではなく、できるだけ早く商品化の焦点となっています。

この論文は主に、液電池液冷システム、液冷プレート、液冷プレートの前半の基礎知識、液冷プレートアプリケーションの現在の典型的なモデルの後半のポイントを扱います。

液冷プレート、均一な定義がないようです。パワーバッテリーパックの液冷プレートの用途のみを定義します。とりあえず定義しましょう。パワーバッテリーシステムでは、バッテリーが過剰な熱を発生するように働き、熱がバッテリーを通過します。または、モジュールはプレートタイプのアルミニウムデバイスの表面と接触して移動し、最終的にデバイスの内部流路を通過するクーラントによって運び去られます。このプレートタイプのアルミニウムデバイスは、液体コールドプレートです。

液冷パネルの一般要件

熱放散電力は大きく、パワーバッテリーの作業プロセス中に発生する過剰な熱は、過度の温度上昇を回避するために時間内に引き出すことができます。

信頼性が高く、道路車両環境、振動、衝撃、高温と低温の交互環境での作業、ほとんどの製品は過酷な作業条件であり、パワーバッテリー電圧は数百ボルトであり、使用しても冷却液の漏れは深刻な問題です保温性能に優れたクーラントですが、外部不純物に遭遇するとすぐに保温性能が低下します。したがって、コールドプレートシーリングの信頼性は非常に重要です。

熱放散設計は正確であり、システム内の過度の温度差を回避します。これは、リチウム電池の性能要件によるものです。バッテリーの性能と経年劣化は、動作温度と密接に関係しています。

コールドプレートの重量には厳しい要件があります。これは、パワーバッテリーシステムのエネルギー密度の追求と、システムのエネルギー密度を大幅に低下させる冷却システムによるものであり、これは顧客と設計者の両方に受け入れられません。

液体冷却システムは、大きな液体の流れの熱伝達係数の特性を利用し、液体の流れに依存して高い熱を伝達します。これは現在最も効果的な熱放散方法の1つであり、数百ワットからキロワットの熱を放散することができます。メーカーの標準パイプライン液体冷却プレートは、冷却剤パイプを配置することにより、冷却される機器の底板に直接接触して配置されます。これにより、機器と冷却剤の間の熱交換インターフェースの数を減らし、最小の熱抵抗を維持できます。パフォーマンスを向上させます。

製造元は、液冷プレートの種類に応じて液冷プレートの種類を分類しています。主なものは、真空ろう付け水プレート、FSWコールドプレート、ExposedTubeColdplate、およびアルミニウム/カッパープレートLongHoleDrilledなどのいくつかの液体冷却方法です。それぞれの長所と短所は、以下の表に記載されています。

典型的なパラメータ：

メーカーの液体コールドプレート製品の例

この家は、製品の最も顕著な特徴に応じて3つのタイプに分けられます。

タイプ1は、放熱を重視し、流路にフィン構造を採用することで、冷媒との接触面積を拡大し、伝熱性能を向上させています。この製品は真空ろう付け構造であり、カスタム構成で利用できます。

タイプ2は低圧力損失を強調します。液冷プレートは、特別に作られたCNCミリングマイクロ流路を使用して、底板に流体通路を形成します。低圧力損失条件下では、優れた熱放散があり、流体循環システムのコストを削減します。

タイプ3は、パイプが埋め込まれている構造形式を強調しています。パイプは底板に埋め込まれ、強力な機械的特性を備えたコールドプレートを形成します。表面拡張液体コールドプレートは、より厚く、より高密度に充填されたチューブを使用して面積を増やし、それによって冷却剤と接触する表面積を拡大し、それによって熱伝達性能を向上させます。

B型コールドプレート製品の一例

この製品は軽量ですが、その重量に耐えることができません。

液体コールドプレートの典型的なプロセス

液体コールドプレートの製造プロセスは、一般的な空冷ヒートシンクよりも複雑です。水冷の熱放散にはプロセスの信頼性に対する高い要件があるため、技術的な沈殿が強いメーカーは信頼できる技術サポートを提供できます。一般的な液体コールドプレート製造技術には、以下のいくつかの技術があります。

埋め込みチューブプロセス

埋設管プロセスは、最も広く使用されている液冷ラジエーター液冷プレート製造プロセスです。一般に、アルミニウム基板は銅管に埋め込まれます。つまり、アルミニウム基板はCNCで機械加工され、次にパンチされた銅管が曲げられます。アルミ基板にプレスし、ろう付けした後、水冷プレートに加工します。

埋め込みチューブタイプの液体冷却プレートには、一般に3つの形式があります。1つは浅い埋め込み液体コールドプレートです。もう1つは、深く埋め込まれた液体コールドプレートです。 3番目は溶接パイププロセスです。 4つ目は両面ピンチプロセス液体コールドプレートです。工芸品の3つの形態はそれほど違いはなく、処理の難しさは同じです。ハイパワースイッチングデバイス用に設計された元の液体冷却原理のいくつかは、パワーバッテリー冷却システムでの参照にも使用できます。

浅いチューブプロセス：片面設置に適しています。銅管を平らにし、同時にアルミニウム板をフライス加工した後、銅管の高い熱伝導率が熱を奪うのに有益です。軽量アルミニウムの使用は、軽量化とコスト管理の役割を果たします。

深層埋設管プロセス：フィラーは、米国から輸入された高熱伝導率エポキシ樹脂で作られています。冷却装置の温度差が大きくない場合は、銅管の太さが2回処理されないため、両側に設置でき、フィラー保護により、特に冷媒を含むコールドプレートに適したアプリケーション、安全性を提供できます。中。

溶接管法：銅板＋銅管に適しており、板厚を薄くして軽量化を図っています。

両面ピンチプロセス：両面取り付け装置、シンプルなプロセス、低コスト。アルミ板+アルミ管＆銅管＆ステンレス鋼管。

プロファイル+溶接

プロファイルに基づいて処理された液冷ヒートシンク。これらのヒートシンクは、プレートタイプ、チャネルタイプ、複合タイプなど、より多くの形状とタイプがあります。一般的な生産原理はプロファイルに基づいています。処理と溶接、プロファイルとジョイントパイプは、全体の液体冷却ラジエーターに結合されます。

コールドプレート流路は押し出し工程で直接形成され、その後機械加工法でサイクルが開かれ、通常は摩擦圧接やろう付けなどで溶接工程が行われるため、生産効率が高く、低コストです。 ;過度の熱放散密度には適していません。このアプリケーションは、表面にネジ穴が多すぎて水路を制限したり、信頼性を低下させたりするアプリケーションには適していません。主に使用されるもの：パワーバッテリー水冷ヒートシンク、水分離器、および標準のパワーモジュール統合ヒートシンク製品。

機械加工+溶接

水冷プレートは機械追加モードを採用しており、内部流路のサイズや経路を自由に設計できます。電力密度が高く、熱源のレイアウトが不規則で、スペースが限られている熱管理製品に適しています。主に風力発電機、太陽光発電インバーターで使用されます。 IGBT、IGBT、モーターコントローラー、レーザー、エネルギー貯蔵電源、およびスーパーコンピューターの分野での熱放散製品の設計は、パワーバッテリーシステムではあまり使用されていません。

マイクロチャネルヒートシンクは、機械加工と溶接プロセスを組み合わせて製造されたヒートシンクでもあります。他のヒートシンクよりも製造が複雑です。マイクロチャネルヒートシンクは、一般に、熱放散が大きく、熱放散が集中しているマシンで使用されます。水路の方法は、水路がより広く、より均一であり、集中した熱をすばやく取り除くことができるためです。

しかしながら、マイクロチャネル液冷ヒートシンクの製造工程も比較的複雑であり、一般に機械加工されたマイクロチャネルを使用し、次に溶接に摩擦溶接プロセスを使用し、製造コストも高い。

ダイカスト+溶接

ダイカストプロセスは非常に成熟しており、広く使用されている成形方法です。新エネルギー車の急速な発展に伴い、モーターコントローラー、パワーバッテリーパックトレイ、放熱ボックスの量産の第一候補となっていますが、その過程でダイカスト不純物を制御する必要があります。気孔、シーリングリング法の保守的な使用、摩擦圧接などの問題はすべて、水漏れを避けるためにプロセスの信頼性を向上させる必要があります。

ダイカストと再溶接、優れたプロセス制御、安定したプロセス、およびバッチ配信機能。摩擦圧接プロセスに加えて、一部の水冷プレートもろう付けまたは真空ろう付けされます。

この種の水冷プレートは、バッテリーを詰めたダイカストボックスと一緒に考えることができます。 AudiQ7PHEV下層水冷プレートはそのような使用法です。 2日前の北京モーターショーでは、成形サンプルの展示が見られました。

代表的なモデルの水冷プレート

パワーバッテリーシステムでは、バッテリーの表面から熱を奪う方法はたくさんあります。アクションの範囲内でのみ、モジュール内に統合されたバッテリーレベルの水冷プレートと、モジュール外のモジュールレベルの水冷設計に分けることができます。ボード。以下は、「パワーバッテリー熱管理技術」の公開番号からの写真で、実際の場合の水冷パネルのアプリケーションを示しています。

モジュールレベルの水冷プレート

全体として、水冷プレートは1つまたは複数のバッテリーモジュールに作用します。バッテリーモジュール全体の構成要素として、バッテリーモジュールの構成要素ではなく、モジュールレベルの水冷プレートのヘッドの下に配置しました。

AudiQ7PHEVバッテリーパック

メルセデスベンツSmartGen3バッテリーパック

ChevroletBolt2017バッテリーパック

ChevroletBolt2017液体コールドプレート物理

BMWi3水冷システム

BMWi3リキッドコールドプレートフィジカル

BMWi8用のバッテリーパックとコールドプレート

バッテリーレベルの水冷プレート

水冷プレートまたは熱伝導率の良い誘電体シートのシートをセルの間に挟み、モジュールの一部を形成して熱放散を向上させます。このタイプの材料は、モジュール内の水冷プレートのヘッドの下に配置されます。

VolvoXC90T8バッテリーパックモジュール分解図

GMVoltモジュール構造

GMVolt冷却構造

テスラModelSモジュール

テスラ円筒形電池水冷プレート特許の説明

アプリケーションケースを観察すると、正方形のバッテリー液体冷却システムは主にモジュールレベルの水冷プレートを使用しており、通常はバッテリーボックスの下部に配置されていることがわかります。ソフトパックバッテリーの液体冷却は、モジュール内に統合された小さな水冷プレートの形です。モジュールには一体型のアルミニウムプレートもあり、モジュールレベルの液冷プレートがモジュールの外側に配置されています。円筒形のバッテリー、テスラが率いる曲がりくねったチューブは、主要な液体冷却ラジエーターです。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。