În comparație cu răcirea cu aer, un sistem de răcire eficient este crucial pentru asigurarea performanței și siguranței bateriei în dezvoltarea vehiculelor EV. Cunoscută ca o componentă centrală de răcire în cadrul sistemului de management termic, placa rece joacă un rol vital în sistemul de răcire al vehiculului EV. Acest articol analizează îmbunătățirea conductibilității termice a plăcilor reci prin optimizarea designului, care explorează strategii precum optimizarea aspectului și a numărului de canale de răcire, selectarea materialelor cu conductivitate termică ridicată, aplicarea tehnologiilor avansate de tratare a suprafețelor, optimizarea materialelor de interfață termică (TIM) și folosind simularea și analiza modelului pentru optimizarea predictivă. Aceste abordări sporesc eficiența de răcire a vehiculelor cu energie nouă și prelungesc durata de viață a bateriei, sporind siguranța și fiabilitatea vehiculului. Explorarea detaliată a acestor strategii oferă perspective tehnice profunde în proiectarea și optimizarea sistemelor de răcire pentru vehiculele EV.
Partea 1: Tehnologii cheie ale plăcii de răcire cu lichid pentru disiparea căldurii
Partea 1 A: Optimizarea designului multicanal
Optimizarea aspectului canalului
În căutarea unor sisteme îmbunătățite de management termic în vehiculele EV, optimizarea amenajării canalelor de răcire din radiatoarele sau plăcile de răcire cu lichid reprezintă o strategie esențială. Dispunerea canalelor de răcire influențează direct calea conducției termice, afectând ulterior rezistența termică și eficiența globală a schimbului de căldură a sistemului de răcire. Printre diferitele geometrii ale canalelor - drepte, spiralate și ramificate - fiecare prezintă avantaje și considerații unice în ceea ce privește distribuția căldurii, complexitatea producției și comportamentul dinamicii fluidelor.
-Plăci reci cu canal drept:
Cu designul său simplu și ușurința de fabricare, aspectul canalului drept este utilizat pe scară largă. Acest aspect oferă o cale de răcire directă, permițând lichidului de răcire să treacă rapid prin pachetul de baterii, făcându-l potrivit pentru pachetele de baterii care necesită disipare uniformă a căldurii și au sarcini termice relativ scăzute. La vehiculele cu energie noi, aspectul canalului drept este deosebit de potrivit pentru bateriile compacte și simple, cum ar fi cele din vehiculele electrice mici sau mașinile hibride, unde este necesară o disipare eficientă a căldurii, dar spațiul și costurile sunt limitate.
De exemplu, Chevrolet Volt clasificat ca vehicul electric hibrid plug-in (PHEV), este designul pachetului de baterii Chevrolet Volt care încorporează un mecanism eficient de răcire pentru a menține bateria în starea optimă de funcționare. Sistemul său de răcire poate utiliza canale drepte pentru a simplifica procesul de răcire și pentru a minimiza ocuparea spațiului pentru a-și îmbunătăți performanța termică.
-Canale spiralate Placi reci:
Canalele spiralate îmbunătățesc eficiența schimbului termic prin extinderea traseului de curgere a lichidului de răcire și creșterea timpului de contact între fluid și pereții canalului. Acest design este potrivit în special pentru aplicații cu sarcini termice mari sau pentru cele care necesită o conducție termică eficientă. De exemplu,plăci reci cu canal spiralde asemenea, obțineți un transfer de căldură mai uniform, reducând sarcinile mari de căldură pentru disiparea căldurii vehiculelor EV. Cu toate acestea, acest design poate duce la o rezistență mai mare la curgere, necesitând pompe mai puternice pentru a menține debitul. Prin urmare, optarea pentru canale spiralate este potrivită atunci când sistemul poate tolera un consum mai mare de energie și are cerințe ridicate pentru eficiența răcirii.
-Plăci reci cu canal ramificat:
Dispunerea plăcilor de răcire cu lichid cu canal ramificat împarte canalul principal în mai multe ramuri, permițând lichidului de răcire să fie distribuit mai uniform în diferite părți ale pachetelor de baterii. Acest design se potrivește bateriilor cu forme neregulate sau distribuție neuniformă a încărcăturii termice. Optimizează fluxul de lichid de răcire, asigurându-se că chiar și zonele din bateriile cu încărcări termice mai mari primesc o răcire adecvată. Dispunerea canalului ramificat este aplicabilă aplicațiilor care necesită o uniformitate ridicată a temperaturii, cum ar fi vehiculele electrice mari și mașinile sport electrice de ultimă generație. Aceste baterii au nevoie de un control precis al temperaturii pentru fiecare celulă a bateriei pentru a asigura performanță și siguranță optime.
De exemplu, Porsche Taycan este o mașină sport electrică de înaltă performanță, cunoscută pentru performanța de condus excepțională și capacitățile de încărcare rapidă. Pentru a menține performanța bateriei și pentru a prelungi durata de viață a acesteia, Taycan poate folosi un design complex de sistem de răcire, inclusiv un aspect al canalelor ramificate, pentru a obține o distribuție uniformă a temperaturii în cadrul pachetelor de baterii.
Cel mai semnificativ avantaj al acestei abordări este că izolează lichidul de răcire de celulele/modulele bateriei, eliminând un potențial pericol de siguranță. Aspectul modulului Taycan este împărțit în straturi superioare și inferioare, astfel încât sistemul său de răcire cu apă este, de asemenea, împărțit în straturi superioare și inferioare, însumând 13 ramuri de răcire. Fiecare ramură a plăcilor reci tubulare are două țevi paralele de răcire cu apă cu 10 canale de curgere paralele, iar dimensiunea fiecărui canal este de 3mm*2mm; intreaga conducta de racire are o grosime de aproximativ 4mm si o latime de aproximativ 35mm.
Dimensiunea canalului și strategia de distribuție
Alegerea dimensiunii canalului joacă un rol crucial în proiectarea plăcilor reci lichide pentru vehiculele EV, afectând și performanța generală a sistemului de răcire secundar. Ambele găuri mari și mici din placa rece își au aplicațiile bazate pe nevoile specifice și designul vehiculelor EV.
-Plăci reci cu canale mari:
Plăcile reci cu canale mari se referă la cele cu un diametru interior mai mare, variind de la 5 - 10 milimetri, care sunt considerate o alegere eficientă pentru îmbunătățirea performanței de curgere a lichidului de răcire datorită presiunii scăzute în debit. Acest design permite utilizarea unei pompe fără putere mare, reducând astfel consumul de energie al sistemului. Dispozițiile mari ale canalelor sunt potrivite pentru vehiculele cu energie noi, cu o distribuție relativ uniformă a sarcinii termice și cerințe mai mari de eficiență energetică. De exemplu, vehiculele EV destinate navetei în oraș ar putea prefera modelele de canale mari pentru a obține o eficiență rezonabilă de răcire și un consum mai mic de energie față de electronicele de mare putere.
În acele vehicule EV în care sarcina termică este distribuită relativ uniform și există o cerere mare de eficiență energetică, plăcile reci cu canale mari sunt potrivite în special pentru componentele EV. De exemplu, unele autobuze urbane tind să folosească modele cu canale mari pentru a obține o eficiență rezonabilă de răcire și un consum mai mic de energie. Dar, este nevoie de mai mult spațiu atunci când utilizați o placă rece lichidă cu canal mare. Acesta este motivul pentru care rareori vedem plăci reci lichide cu canale mari în vehiculele EV private, deoarece mașinile EV se concentrează adesea mai mult pe utilizarea spațiului și pe compactitatea generală a vehiculului în timpul proiectării pentru a satisface nevoile consumatorilor de experiență de condus.
-Plăci reci cu canale mici:
În contrast,plăci reci canale mici(Aproximativ un diametru de aproximativ 5 milimetri) poate oferi un nivel ridicat de eficiență în transferul de căldură pentru mașinile EV de înaltă performanță și vehiculele EV private obișnuite, deoarece măresc suprafața dintre lichidul de răcire și pereții canalului pentru contact, accelerând astfel fluxul. rata lichidului de răcire intern. În plus, plăcile reci cu canale mici oferă mai multe căi de curgere pe suprafața lor de montare într-un spațiu limitat pe care cei mici nu îl pot face.
În plus, trebuie luate în considerare soluția ideală, debitul și obiectivele de management termic. Putețicontactați inginerul nostrupentru mai multe consultații tehnice.
Partea 1 B: Selectarea și aplicarea materialelor
-Selectarea materialelor potrivite:
Nu există nicio îndoială că am ales o placă rece din aluminiu și o conductă de căldură din cupru pentru disiparea căldurii atunci când luăm în considerareconductivitatea termică a aluminiului și cupruluisi cost. În februarie 2024, prețul cuprului pe tonă este de 7,6 USD00,00 împreună cu aliajul de aluminiu de 3500-4000 USD. Deci, este o modalitate rentabilă de a cumpăra aluminiu în loc de aliaj de cupru.
În plus, volumul este, de asemenea, punctul cheie pentru fabricarea plăcilor reci lichide EV. După cum este ilustrat, 1 tonă de aliaj de aluminiu ocupă un volum semnificativ mai mare decât aliajul de cupru datorită densității mai mici a aluminiului, ceea ce înseamnă că aluminiul este un material potrivit pentru fabricarea suprafeței superioare pentru greutatea sa și cuprul pentru fabricarea conductei de căldură pentru performanța sa termică bună. De exemplu, știm că bateriile Audi e-Tron cântăresc 5 kg și 700 kg din bateriile cu litiu, ceea ce înseamnă că placa de răcire cu lichid a ocupat doar 0,7% din greutatea totală. Dar daca folosesti placa rece de cupru, aceasta ocupa peste 2,5% din greutatea totala (Aproximativ 7,5 kg).
-Relația dintre performanța conductibilității termice și grosimea materialului:
Grosimea unui material afectează eficiența schimbătorului de căldură. Materialele groase pot duce la o rezistență termică crescută, în timp ce cele subțiri pot să nu fie suficient de puternice din punct de vedere mecanic și apoi să provoace probleme grave, cum ar fi penetrarea termică.
Primul grafic arată că este evident că rezistența mecanică a grafenului este semnificativ mai mare decât cea a aluminiului și a cuprului și aproape că nu se schimbă cu grosimea. Rezistența mecanică a aluminiului și cuprului crește ușor pe măsură ce grosimea crește. Al doilea grafic demonstrează relația dintre grosimea materialului și rezistența termică. Rezistența termică a grafenului este foarte scăzută și este aproape neafectată de grosime, în timp ce rezistența termică a aluminiului și cuprului crește liniar odată cu creșterea grosimii.
Al treilea grafic prezentat mai jos arată combinația dintre rezistența mecanică, grosimea materialului și rezistența termică. Putem vedea că aliajul de aluminiu {{0}},08m are cea mai bună rezistență la tracțiune și rezistență termică scăzută (0,36 grade W).
Partea 2: Tehnologia de management termic în plăci reci răcite cu lichid
Partea 2 A: Tehnologii de tratare a suprafeței
-Acoperire de suprafață:
Acoperirile termice conductoare sunt tratamente de suprafață specializate concepute pentru a îmbunătăți eficiența schimbului de căldură a plăcilor de răcire cu apă. Aceste acoperiri funcționează prin îmbunătățirea calității contactului la interfața termică sau îmbunătățirea capacităților de radiație termică, încorporând de obicei materiale cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi argintul, cuprul și aluminiul, precum și nanomateriale precum nanotuburile de carbon (CNT) și grafenul. Aceste acoperiri nu numai că îmbunătățesc eficiența termică, dar oferă și un anumit grad de protecție împotriva coroziunii și uzurii, prelungind astfel durata de viață a plăcilor de răcire cu lichid.
-Prelucrarea suprafetei:
Prin prelucrarea suprafeței plăcii de răcire cu apă, aria de schimb de căldură poate fi mărită, îmbunătățind astfel eficiența transferului de căldură. Această metodă îmbunătățește capacitatea de schimb de căldură între fluid și suprafața plăcii de bază prin creșterea rugozității suprafeței. De exemplu, așa cum se arată în imagine, putem îndoi placa de răcire cu lichid pentru a ne asigura că lichidul de răcire trece prin fiecare parte a bateriei, îmbunătățind astfel performanța termică a plăcilor reci. Kaixin Aluminium este dedicat furnizării de plăci personalizate de răcire cu lichid și prelucrare a radiatoarelor din aluminiu, conform cerințelor dvs.
Kaixin Aluminium poate oferi mai multe procesări de suprafață pentru placa dumneavoastră rece din aluminiu, de exemplu, prelucrare CNC, anodizare, acoperire cu pulbere, îndoire, etc... Sau, vă rugăm să consultați blogul nostru "o soluție rentabilă pentru personalizarea radiatorului din aluminiu și a plăcii de lichid rece" pentru a învăța cum să economisiți bani în fabricarea plăcilor reci din aluminiu și a radiatorului.
Partea 2 B: Optimizarea materialului de interfață termică (TIM):
-Selectarea și aplicarea materialelor de interfață termică:
Materialele de interfață termică (TIM) sunt substanțe utilizate între două suprafețe pentru a îmbunătăți conducția termică. Sunt utilizate între două suprafețe pentru a îmbunătăți conductanța termică. Tipurile obișnuite de TIM includ paste termice, tampoane, benzi și metale lichide, fiecare potrivite pentru diferite aplicații, în funcție de conductibilitatea termică, ușurința de aplicare și durabilitatea.
Partea 2 C: Simulare și Analiza Modelului-Aplicarea CFD și a software-ului de simulare termică:
Poate prezice și optimiza eficient eficiența conductibilității termice a plăcilor reci personalizate prin utilizarea Computational Fluid Dynamics (CFD) și software-ul de simulare termică, ceea ce înseamnă că proiectantul poate analiza întregul sistem de răcire, cum ar fi circulația lichidului de răcire, aspectul căldurii. surse, punți termice sau zone cu rezistență termică mare, permițând un design îmbunătățit înainte de producția în masă.
Când efectuați simulări cu CFD, trebuie să furnizați specificații detaliate ale sistemului dumneavoastră de răcire pentru inginerul Kaixin Aluminium. Acestea includ datele de geometrie ale plăcii de răcire cu apă și ale componentelor sale, proprietățile materialelor (conductivitate termică, densitate, căldură specifică), condiții la limită (cum ar fi temperaturile de intrare și ieșire și debitul) și date despre generarea de căldură din sursele de căldură. În plus, specificarea obiectivelor dvs. specifice sau a criteriilor de performanță pentru simulare poate fi foarte benefică.Contactați inginerii tehnici Kaixin Aluminiumși suntem încântați să vă oferim soluția ideală pentru plăci reci personalizate.