¿Cuál es la diferencia entre el diseño de refrigeración por agua lateral e inferior en las baterías de los vehículos eléctricos?

Las baterías odian el calor. Demasiado calor reduce la autonomía, envejece las celdas y aumenta los riesgos de seguridad. A medida que aumenta la densidad de potencia disposición correcta de la refrigeración líquida realmente importa. Hoy en día, la refrigeración inferior lidera el envasado; la refrigeración lateral está aumentando para un control más estricto. Veamos qué cambia realmente para su envase.

Elija la refrigeración inferior cuando disponga de poco espacio y necesite una integración probada, modular y rentable. Elija la refrigeración lateral cuando necesite una uniformidad de temperatura más estricta y una respuesta térmica más rápida, y su pack tenga espacio para añadir colectores y tuberías. Muchos paquetes de última generación adoptan sistemas híbridos (superior/inferior o lateral doble) para equilibrar ambas opciones.

Lo haré de forma sencilla y práctica: primero el diseño, luego los resultados térmicos, el coste y notas rápidas de fabricación que puede utilizar en proyectos reales.

1. ¿Qué es la refrigeración lateral por agua en las baterías de los vehículos eléctricos?

Piense que la refrigeración lateral proporciona a la célula dos "radiadores", uno en cada cara larga. Más superficie de contacto significa más vías de salida del calor. En el caso de las células prismáticas sometidas a cargas rápidas o altas tasas de C, ese contacto adicional es muy importante, ya que aplana los picos de temperatura y calma los puntos calientes en todo el módulo.Por cierto, el principio de refrigeración lateral para las células cilíndricas es básicamente el mismo: sólo una forma diferente, la misma idea, la misma magia.

En la refrigeración lateral, las placas se intercalan entre las células o se sujetan a ambos lados de un módulo. La mayor superficie de contacto aumenta el flujo de calor, con lo que se consiguen temperaturas pico más bajas y gradientes más uniformes, ideales para ventanas de descarga de alta tasa de C o de carga rápida. Sin embargo, el enrutamiento se hace más complejo: los colectores, codos y juntas adicionales aumentan la dificultad de integración, el volumen de embalaje y los posibles puntos de fuga. Esto recompensa los proyectos que dan prioridad a la precisión térmica frente a la fontanería mínima.

Hemos aplicado refrigeración lateral en un paquete de baterías de celdas prismáticas para una camioneta eléctrica, sujetando placas frías a ambos lados largos de cada módulo. El principal reto no era el CFD, sino coherencia de fabricación y montaje-en grandes áreas de contacto, la resistencia térmica de contacto puede variar con el apilamiento de tolerancias, la curvatura de las celdas y la variación del grosor del TIM; mientras tanto, el trazado de los colectores y las múltiples juntas aumentan la complejidad de la integración y el riesgo de sellado. Nuestras soluciones fueron pragmáticas: utilizar almohadillas de silicona térmica para absorber las desviaciones de montaje y diseñar ambas placas laterales con colectores zonificados de igual caudalEn funcionamiento, las ventajas de la mayor superficie de contacto de la refrigeración lateral son evidentes. En funcionamiento, las ventajas de la mayor superficie de contacto de la refrigeración lateral son evidentes: picos de temperatura más bajos y mayor uniformidad-en línea con las comparaciones externas sobre células prismáticas de 314 Ah que muestran una clara ventaja para la refrigeración lateral. Para camionetas y plataformas comerciales, placas de microcanales de refrigeración lateral listas para la producción ya están disponibles y pueden adaptarse a la envoltura del envase y a la disposición de los puertos.

2. ¿Qué es la refrigeración por agua de fondo en las baterías de los vehículos eléctricos?

La refrigeración inferior adopta el enfoque de "radiador único": una placa de refrigeración líquida se sitúa bajo las células o el módulo completo. Mantiene los laterales libres, se apila en bandejas y se adapta perfectamente a las estructuras célula-paquete (CTP/CTC). Esa sencillez es precisamente la razón por la que sigue siendo la opción preferida para muchas plataformas prismáticas.

Al consolidar los canales de refrigeración bajo las celdas, la refrigeración inferior simplifica el diseño y conserva un valioso espacio lateral. Se adapta a los diseños de envases modulares y se adapta sin problemas a la producción en serie con placas de aluminio soldadas al vacío. Aunque el contacto de una sola cara puede dejar atrás la uniformidad de las dos caras, las placas inferiores cumplen la mayoría de las especificaciones EV/ESS a un coste menor y con menos juntas, especialmente cuando predominan los límites de altura/espesor.

Con menos juntas y una placa bajo la célula ordenada, el embalaje es sencillo y repetible. Los fabricantes se apoyan en procesos maduros -estampado o extrusión más soldadura al vacío- para construir placas planas y robustas que no luchan contra el apilamiento de los módulos. El rendimiento térmico suele ser "suficientemente bueno" para los principales ciclos de trabajo de VE y ESS, sobre todo cuando se optimizan las rutas de los canales (contraflujo, divisores o disposiciones multizona). Puede que no se alcance la uniformidad absoluta de los sistemas de doble cara, pero a menudo se consiguen los objetivos de ΔT con menos complejidad y un mayor rendimiento de la línea.

3. ¿Cómo influye la distribución del espacio de envasado en la elección?

Empiece por el espacio, no por el CFD. Si la altura y el grosor de la bandeja son ajustados, o la anchura está fijada por raíles de choque, ya sabe hacia dónde se inclina. Las placas laterales necesitan espacio para los colectores y las vías de servicio; las placas inferiores utilizan el espacio "libre" bajo las celdas.

La refrigeración inferior suele ser más compacta y fácil de integrar cuando la altura y el grosor son limitados y las interfaces de los módulos están estandarizadas. La refrigeración lateral requiere espacio lateral para placas, colectores y mangueras, además de acceso para montaje y mantenimiento. En los diseños de CTP/CTC que persiguen un alto rendimiento volumétrico, la placa inferior plana suele ser la mejor opción; si la carcasa permite una mayor anchura y el tendido de colectores, la refrigeración lateral puede justificarse por un control térmico más estricto.

4. ¿Cómo se comparan los resultados térmicos en la práctica?

El rendimiento térmico no es magia; es área más calidad de flujo. La refrigeración lateral aporta más superficie. La refrigeración inferior se consigue con canales más inteligentes. Ambos pueden cumplir especificaciones exigentes si se diseñan los detalles y se prueban con honestidad.

Los estudios demuestran que la refrigeración de doble cara o de borde lateral reduce la Tmáx y los gradientes más rápidamente que las placas de fondo de una sola cara, gracias a una mayor extracción uniforme del calor. Sin embargo, la innovación en los canales acorta las distancias: los minicanales de doble capa, los divisores y las trayectorias serpenteantes optimizadas en las placas inferiores mejoran significativamente la uniformidad con una caída de presión modesta, cumpliendo los objetivos de ΔT a nivel de paquete para la mayoría de los ciclos de trabajo.

Si necesita los picos más bajos durante la carga rápida, las placas laterales de doble cara suelen ser las más adecuadas, especialmente con un flujo de calor elevado cerca de las caras de las células. Pero no descarte una placa inferior bien diseñada. Los minicanales de dos capas, los diseños de contraflujo y los colectores divididos pueden reducir los gradientes de forma impresionante sin castigar la caída de presión. También están ganando terreno los conceptos híbridos (refrigeración inferior + superior o de barra colectora), que estabilizan las células durante los picos transitorios. Funcionan, pero añaden piezas y superficies de sellado, por lo que hay que tenerlo en cuenta en el plan de DV/PV.

5. ¿Cuál es más rentable de construir y ampliar?

Optimice coste total del sistema-piezas, juntas, TIM, pasos de unión, tiempo de prueba, rendimiento-, no sólo el precio de la chapa.

Las placas inferiores aprovechan procesos maduros (soldadura al vacío, núcleos de estampación/extrusión) y menos juntas, por lo que suelen ofrecer un precio por pieza más bajo y un mejor rendimiento de la línea.

● Refrigeración inferior - perfil de costes: Menos componentes y juntas → montaje más sencillo; estampación/extrusión madura + soldadura al vacío/continua → rendimientos estables; menor huella TIM → menor coste recurrente; ventanas de prueba de helio/EOL más cortas.

● Refrigeración lateral: donde se acumulan los costes: Placas laterales dobles; colectores/accesorios/anillos adicionales; placas laterales TIM o conformes más grandes; más pasos de soldadura/soldadura y equilibrado del flujo → pruebas de fugas/EOL más largas, topes de rendimiento más bajos, mayor control del riesgo de garantía.

● Cuando la refrigeración lateral sigue siendo rentable: Si la uniformidad evita el derrateo o prolonga la vida útil de la célula en condiciones de carga rápida/tasas C elevadas, el valor del ciclo de vida puede compensar la lista de materiales y el tiempo de prueba añadidos.

● Compensación de costes por refrigeración lateral: Hacer el placa lateral doble como pared lateral del módulo (eliminar una parte); utilizar colectores de isoflujo integrados (menos juntas, distribución más limpia); apriete la planicidad y adelgazar el TIM (reducir los costes recurrentes).

● Regla de decisión: Si el envasado es ajustado y los objetivos de ΔT son alcanzables con canales inteligentes, elija fondo para obtener el mejor $/unidad y rendimiento. Si los márgenes ΔT son críticos y el espacio lo permite, elija lateral (o doble cara selectiva) y aplicar las compensaciones anteriores para controlar el coste.

6. Opciones de fabricación de placas y tubos de refrigeración (rápido, práctico)

Placas de refrigeración

Canales estampados + soldadura al vacío/continua (aluminio).

Ideal para la producción en serie y placas de fondo. Pocas juntas, planitud robusta, fuertes rendimientos. Ajuste la anchura/profundidad de la tierra para el equilibrio ΔP-ΔT; el contraflujo ayuda a la uniformidad.

✅Placa microcanal extruida + FSW.

Para mayor flujo de calor o presión. Los canales densos y las uniones fuertes (FSW/CMT) lo hacen duradero. Ideal para módulos de doble cara.

✅Canales mecanizados + soldados.

Rápido para prototipos; costoso para la producción en masa

Tubos de refrigeración

❌ Extrusión + plegado + soldadura de alta frecuencia（HFW)

Aunque este método existe, es muy difícil de fabricar, ya que el tubo de refrigeración está estrechamente unido a cada célula de la batería en lugar de al módulo de la batería, lo que tiene requisitos muy altos para el ángulo de flexión del tubo de refrigeración, y también aumenta los requisitos de espacio en la batería.

La refrigeración inferior gana en envasado y coste; la refrigeración lateral gana en uniformidad, si el espacio lo permite. Los híbridos van en aumento. Elija en función del espacio, los objetivos de ΔT, el coste del ciclo de vida y la validación que pueda respaldar.