Hace una década y pico, las mochilas eran pequeñas y suaves. Hoy cargan con el coche. Este cambio ha convertido la térmica en un problema de primer principio. Si se encarga del aprovisionamiento, diseña módulos o fabrica envases en una línea real, su lista de comprobación es sencilla: mantenga ΔT, ejecute ΔP, cumpla el SOP. Todo lo demás -materiales, rutas de flujo, sellado, utillaje, PPAP- existe para proteger a esos tres.
Comenzamos con la evolución de los vehículos reales de HEV a PHEV a EV, luego desglosamos las rutas de hardware -placas frías frente a tubos de refrigeración- y terminamos con cómo un proveedor de servicios completos como XD THERMAL salva la distancia entre el concepto y la producción escalable.
Los primeros sistemas híbridos se construyeron en torno a motores de gasolina de tamaño reducido con pequeños topes de batería. La batería se encargaba sobre todo del arranque del motor, la suavización del par y un ligero arrastre eléctrico. La generación de calor era modesta; refrigeración por aire y estrategias pasivas suele ser suficiente.
Toyota Prius 1997 (XW10/XW11). Paquete de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) de unos ~1,7-1,8 kWh (273,6 V × 6,5 Ah en la documentación de la era NHW11). La refrigeración se basaba en aire canalizado; no se necesitaba placa líquida para el funcionamiento normal.
Honda Insight 1999 (ZE1). Paquete Ni-MH ~0,94 kWh (144 V × 6,5 Ah a través de 120 elementos "D-cell"). Los estudios térmicos y las notas de desmontaje describen el aire asistido por ventilador como estrategia principal.
En los HEV, la batería era la compañera. Las placas de frío líquido no eran una necesidad de ingeniería.
Los híbridos enchufables elevaron tanto la energía como la potencia. El pack tenía que ofrecer decenas de kilómetros de autonomía totalmente eléctrica, sin dejar de soportar los picos híbridos. El flujo térmico y la profundidad de ciclo aumentaron, y los fabricantes cada vez bucles de líquido activo adoptados para mantener las células en su zona de confort y proteger la vida del calendario/ciclo.
Prius Plug-in 2012 (PHV, primera generación). Paquete de iones de litio de ~4,4 kWh -un orden de magnitud más de energía que los primeros amortiguadores HEV- que empuja a los sistemas hacia soluciones térmicas activas bajo carga sostenida.
2013→2022 Mitsubishi Outlander PHEV. La capacidad del pack pasó de ~12 kWh a ~13,8 kWh y luego a ~20 kWh en la última generación. El aumento de la energía y de la potencia continua obligó a los fabricantes de equipos originales a reforzar la uniformidad de la temperatura y los objetivos de durabilidad, para lo cual las soluciones líquidas son de gran ayuda.
En cuanto la autonomía y la potencia continua importan, el líquido empieza a parecer la línea de base en lugar de una mejora.
Las plataformas eléctricas de batería completa son la prueba de fuego para la térmica: largo alcance, carga rápida de CC, alta potencia continua, embalaje ajustado y márgenes de seguridad que deben sobrevivir a millones de horas-célula. Dependen de un sistema integrado de refrigeración líquida de la batería del VE para mantener las temperaturas equilibradas durante la carga y la descarga. Sin placas de refrigeración líquida o tubos de refrigeración bien diseñados, la uniformidad y el envejecimiento se van al traste.
● Tesla Model S de 2012. Grandes paquetes (70-90+ kWh) construidos a partir de celdas cilíndricas 18650 con bucles de refrigerante líquido que atraviesan los módulos: esencial tanto para la autonomía como para un rendimiento repetible.
Tesla Model 3 de 2017. Se ha pasado a 2170 celdas; la capacidad del pack suele ser de ~50-82 kWh según la variante. La plataforma equilibró el coste y la velocidad de carga rápida con un cuidadoso enrutamiento del refrigerante y un presupuesto de caída de presión.
2022 Tesla Model Y (fabricado en Texas, paquete estructural 4680). Las celdas cilíndricas de mayor diámetro y el paquete estructural con encapsulado de espuma cambiaron tanto las rutas de carga mecánica como la geometría de refrigeración. Los desmontajes del sector suelen destacar la entrada/salida del mismo lado con giro en U ("U-flow") y cintas/placas de refrigeración laterales entre las columnas de celdas. Esta disposición se convirtió en un punto de referencia para el diseño de refrigeración de la célula Tesla 4680 y la integración de la refrigeración lateral.
2021 Hyundai IONIQ 5 (E-GMP). Arquitectura de 800 V que permite velocidades de carga rápida de CC muy elevadas, lo que impulsa objetivos estrictos de ΔT y ΔP en placas y colectores.
● 2020 BYD Han EV (LFP "Blade"). Las células prismáticas "blade" largas mejoran el aprovechamiento volumétrico y los márgenes de seguridad. La refrigeración líquida a nivel de paquete sigue siendo importante para mantener la uniformidad durante la carga y las cargas sostenidas.
Para los vehículos eléctricos, la tecnología térmica líquida es fundamental. Las únicas cuestiones son cómo se mueve el refrigerante, dónde se tocan las células y cómo se mantiene fabricable y estanco durante años.
Con cada iteración del modelo de vehículo, los factores de forma de la célula de la batería no han evolucionado en una sola dirección, sino más bien a lo largo de dos líneas paralelas:
Uno es el continuo crecimiento del tipo cuadrado/prismático/LFP (por ejemplo, BYD, VW, etc.);
La otra es la migración hacia celdas cilíndricas de mayor tamaño (serie 46) (por ejemplo, BMW, que cambió su diseño actual por una celda cilíndrica de 46 mm; Tesla, que siempre ha utilizado celdas cilíndricas y ha pasado a la 4680).
Dado que las formas de las interfaces determinan las trayectorias del calor, la elección del formato de la célula se convierte en una elección de hardware. Las superficies prismáticas combinan bien con la refrigeración por placas para lograr uniformidad y rigidez; las grandes matrices cilíndricas se adaptan mejor con tubos o cintas de refrigeración a lo largo de las paredes laterales. Este tipo de gestión térmica de las células prismáticas sigue siendo la base de la mayoría de los diseños de VE y ESS del mercado de masas. Muchos fabricantes de equipos originales los combinan -placas + tubos- para conseguir una ΔT más ajustada sin pasarse del presupuesto de ΔP.
Una sola Familia de placas de refrigeración líquida XD THERMAL cubre un amplio abanico de posibilidades y ofrece algunas promesas claras:
Cada placa de refrigeración líquida para aplicaciones de vehículos eléctricos debe equilibrar la eficiencia del flujo, la fabricabilidad y la fiabilidad de por vida. Aquí se prueban las cuatro rutas en automoción y almacenamiento de energía. Elija por envolvente, rigidez, utillaje y programa.
– Enfoque de sellado: La geometría de la junta, la preparación de la superficie y la inspección definen la estanqueidad; las pruebas con helio permiten realizar comprobaciones completas al final de la línea.
– Compatibilidad con refrigerantes: elegir aleaciones, tratamientos superficiales y elastómeros para el refrigerante especificado (por ejemplo, agua-glicol) y la banda de temperatura.
– Resistencia térmica de la interfaz: controlan el tipo de TIM, el grosor y la compresión; la planitud de la placa y la rugosidad en la interfaz dominan las trayectorias del calor en el mundo real.
– Diseño de caída de presión: La altura/anchura de los canales, el número de curvas y las divisiones de los ramales se ajustan para alcanzar ΔP a la vez que se iguala el caudal.
El contacto lateral suele tener más sentido con células cilíndricas, especialmente de diámetros mayores. especialmente de diámetros mayores, donde un tubo de refrigeración lateral de la célula cilíndrica proporciona una vía de contacto eficaz. La gama incluye tres modelos: las opciones y ventajas que figuran a continuación reflejan los paneles de producto.
– La interfaz impulsa los resultados: contacto prensado + TIM a menudo domina la trayectoria térmica más que la pared del tubo.
– Doblar la economía: cada curva cuesta ΔP; equilibrar las longitudes de los ramales o añadir restricciones controladas para que los ramales compartan el flujo.
– Exposición a fugas: Un menor número de conexiones suele significar menos fugas potenciales, una de las razones por las que los conceptos de varias cintas obtienen buenas puntuaciones en las revisiones de diseño para montaje.
Cuando Tesla amplió la célula 4680, el diámetro creció y el diseño sin pestañas mejoró el movimiento de la corriente y el calor dentro de cada célula. El paquete estructural y el encapsulado de espuma hicieron que todo el conjunto fuera mucho más rígido, pero también unieron las piezas de refrigeración, el marco estructural, el compuesto de encapsulado y el orden de construcción.
En la mayoría de los desmontajes y charlas de ingeniería, aparecen siempre tres palabras... refrigeración lateral, un solo extremo y bucle en forma de U. Nada de esto es místico. Un diseño de un solo extremo facilita el montaje y la conexión del paquete, un bucle en U permite que el refrigerante fluya hacia fuera y hacia atrás para suavizar las diferencias de temperatura, y la refrigeración lateral aprovecha la mayor superficie y el menor recorrido térmico de la pared cilíndrica, formando lo que a menudo se denomina un "bucle en U". Conjunto de placa de refrigeración Tesla 4680 en las discusiones de desmontaje.
Por eso tantas peticiones de oferta mencionan ahora cosas como "placa de refrigeración lateral" o "conjunto de placa de refrigeración". Lo que realmente quieren los clientes no es sólo "un tubo por el que pase el agua", sino un diseño construible y fabricable que mantiene ΔT y ΔP dentro de las especificaciones en un espacio muy reducido. En el contexto de la placa de refrigeración lateral Tesla, este concepto garantiza la estabilidad de ΔT con cargas de carga elevadas.
A menudo es una mezcla de flujo insuficiente al final del bucle y alta resistencia de la interfaz. Comience por redistribuir el flujo a través de la topología del circuito y, a continuación, alinee el grosor, la compresión y el acabado superficial de su TIM dentro de una ventana controlable.
Divida el "ΔT ideal" en un realista, alcanzable ΔT. Los ramales paralelos, las secciones transversales equivalentes, los radios de curvatura mayores y los divisores de flujo pueden ayudar a reducir el margen. Si eso no es suficiente, equilibrar el potencia de la bomba y diseño de circuitos juntos y no de forma aislada.
No. Depende. Para refrigeración lateral de la célula cilíndrica o envasado herméticolos tubos suelen ser la respuesta más ágil. Sólo hay que vigilar de cerca resistencia de la interfaz y tolerancias de montaje-deciden lo bien que funciona la idea en la práctica.
No hay una regla única. Las limitaciones del mundo real -estructura, encapsulado, orden de montaje y estrategia de servicio- a menudo impulsar el diseño hacia la refrigeración lateral o inferior. La ingeniería elige el camino que sea más estable y fabricable para esa plataforma.
Para pilas de alta energía o de carga rápida, sí. Los sistemas líquidos disipan el calor de forma más uniforme y mantienen las células dentro de una banda de temperatura estrecha, algo que la refrigeración por aire no puede conseguir cuando aumenta la densidad de potencia.
Porque los motores eléctricos convierten una enorme potencia eléctrica en par motor, y el bobinados y rotor de cobre se calientan rápidamente. Los canales de refrigeración líquida cerca del estator extraen el calor de forma eficiente y mantienen la eficiencia del motor y la vida útil del imán estables.
Apareció temprano.en torno a los primeros plug-ins modernos a finales de la década de 2000. El Nissan Leaf de 2010 utilizaba refrigeración por aire, pero al 2012 Modelo S de Tesla se había pasado a la refrigeración líquida, estableciendo el modelo que siguen la mayoría de los vehículos eléctricos de alta energía.
Refrigeración por aire: utilizado en los primeros HEV y en los packs pequeños.
Refrigeración líquida: la norma para los VE y PHEV actuales.
Refrigeración directa por refrigerante (RDC): Los sistemas más nuevos hacen circular el refrigerante directamente alrededor de los módulos para una respuesta térmica más rápida.
La mayoría de los vehículos modernos combinan estos enfoques: líquido para la batería y el motor, refrigerante para el preacondicionamiento del habitáculo y el paquete.
El paso de los vehículos eléctricos híbridos a los eléctricos no sólo ha consistido en aumentar el tamaño de las baterías, sino también en aprender a gestionar el calor con el mismo cuidado que la potencia. ΔT, ΔP, y fabricabilidad.
XD Thermal, como fabricante de placas de refrigeración de baterías, tiene un papel sencillo pero vital en esta historia: convertir la teoría térmica en sistemas de refrigeración construibles, comprobables y repetibles que sobrevivan tanto a la producción como a las carreteras reales. A medida que los vehículos se mueven más rápido y se cargan más, una buena refrigeración no sólo protegerá la batería, sino que definirá la distancia y la duración de su funcionamiento. Ese es precisamente el objetivo de las soluciones de refrigeración de baterías de XD Thermal.
He trabajado en la gestión térmica de baterías durante más de 6 años, ocupándome de muchos proyectos internacionales. Si tiene curiosidad sobre los productos o servicios de refrigeración líquida de baterías, ¡no dude en hacerme cualquier pregunta!
