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componentes de refrigeración líquida de la batería - XD THERMAL

Diseño de placas de refrigeración líquida:
Optimice su solución de refrigeración de baterías

CONTENIDOS CLAVE

Placa de refrigeración líquida

En un sistema de gestión térmica, a medida que las baterías funcionan, generan un exceso de calor con el tiempo y el aumento de las cargas. Este calor supone un riesgo potencial o directo para las baterías. Por lo tanto, es necesario un componente de gestión térmica que equilibre el calor y cree una temperatura de trabajo óptima para las baterías. Cuando se transfiere calor a través del contacto directo entre las celdas/módulos de la batería y un dispositivo de aluminio tipo placa, este dispositivo de aluminio se conoce como placa de refrigeración líquida. En última instancia, el calor es transportado por el refrigerante que fluye a través de los canales internos de la placa de refrigeración líquida.

Tipos de placas de refrigeración líquida

The complexity of the production process for liquid cooling plates far exceeds common auto heat exchangers. Currently, in the new energy vehicle market, types of liquid cooling plates include micro-channel liquid cooling plates, stamped liquid cooling plates, roll bond liquid cooling plates, extruded cooling plates, and machining plus FSW cooling plates. 

Dos factores principales que caracterizan las diferentes categorías de placas refrigerantes: 

Proceso de estructura interna y proceso de soldadura

Proceso de estructura interna

Placa de refrigeración de líquido de punzonado

Después de ajustar el molde, se utiliza el equipo de estampación para formar directamente la placa de flujo.

Alta eficiencia de producción, alto nivel de mecanización, largo ciclo de uso del molde; preferible para proyectos de producción en masa.

Placas de refrigeración hidroformadas/estampadas para baterías

Placa de frío líquido extruido

El uso de moldes combinados con desviador permite crear tuberías de refrigeración líquida con distintas dimensiones (longitud, anchura), grosor de pared, número de orificios y tipos de cavidad, lo que garantiza tanto la resistencia estructural como el cumplimiento de los requisitos de intercambio térmico.

placa de refrigeración extruida- XD THERMAL

Mecanizado CNC de chapa fría líquida

El uso de un sistema controlado por ordenador permite una gran precisión, repetibilidad y adaptabilidad para procesar placas en frío complejas de diversas formas y tamaños. Es una opción excelente durante la fase de creación de prototipos.

Placa de refrigeración líquida IGBT para BMS -XD THERMAL

Placa líquida en frío Roll Bond

Gracias a su gran plasticidad, puede fabricar fácilmente estructuras porosas de diferentes formas mediante procesos de calentamiento y conformado.

placa de refrigeración líquida - XD THERMAL

Placa de refrigeración líquida de fundición inyectada

Tras diseñar el molde metálico para la fundición a presión, la aleación metálica (aluminio, zinc, magnesio, etc.) se calienta hasta el estado líquido para el proceso de fundición a presión.

Al integrar las fases de fabricación, la fundición a presión ayuda a garantizar la consistencia del producto y logra una alta eficiencia de producción.

placa de refrigeración líquida de fundición a presión

Proceso de soldadura

Placa de refrigeración líquida para soldadura por fricción-agitación

La soldadura por fricción sella el hueco entre la placa base y la placa de cubierta, formando una placa de refrigeración por agua perfectamente conectada. 

Ventajas: 

① Diseño flexible, alta fiabilidad sin puntos de soldadura visibles y capacidad para fabricar placas de refrigeración por agua muy finas; toda la placa de refrigeración por agua puede tener un grosor de 5-7 mm, cumpliendo los estándares de peso ligero. 

② Permite una rápida producción en masa con sólidas capacidades de fabricación.

Placa de refrigeración líquida soldada por fricción-agitación -XD THERMAL

Placa de enfriamiento de líquido de soldadura al vacío

La soldadura al vacío consiste en utilizar un material de soldadura con un punto de fusión inferior al del material base en el vacío. A temperaturas inferiores al punto de fusión del material base pero superiores al punto de fusión del material de soldadura, el material de soldadura líquido humedece, se extiende y rellena las superficies, logrando la soldadura de componentes en estado de vacío.

placa fría de líquido de vacío de soldadura fuerte - XD THERMAL

Placa de enfriamiento de líquido de soldadura continua

Utilizando protección de nitrógeno, la producción continua asegura una alta eficiencia (600-800mm/min) con alta precisión, garantizando la consistencia y estabilidad de la soldadura. Presenta una gran capacidad de ajuste, lo que permite soldar piezas de aluminio de distintos tamaños, formas y materiales.

placa de enfriamiento de líquido de soldadura fuerte continua- XD THERMAL

Placa de refrigeración líquida de corte por láser

Los ingenieros de XD THERMAL programan el equipo de corte por láser para que funcione automáticamente, garantizando un posicionamiento exacto y una gran precisión sin comprometer el rendimiento y la resistencia del material.

Durante la fase inicial de validación, cuando no se dispone de utillaje de corte y punzonado, el corte por láser puede lograr los resultados de producto deseados por los clientes, al tiempo que les ahorra los costosos gastos asociados al utillaje, todo ello manteniendo la eficiencia.

placa de refrigeración líquida cortada por láser- XD THERMAL

A reliable liquid cooling plate is not solely determined by its price 

but rather by the engineer's ability to provide highly customized designs for non-standard products

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Factores en el diseño del canal de la placa de refrigeración líquida

La placa de refrigeración líquida es un componente fundamental de los sistemas de intercambio de calor refrigerados por agua. Su diseño pretende ajustar eficazmente la resistencia térmica de la placa de refrigeración en un espacio limitado mediante un diseño racional de los canales de la placa de refrigeración, consiguiendo así un intercambio de calor eficaz para la fuente de calor. El diseño de los canales requiere precisión y experiencia, teniendo en cuenta diversas limitaciones como las dimensiones de la placa de refrigeración, el rendimiento del intercambio de calor, las condiciones de funcionamiento de la placa de refrigeración, la velocidad/temperatura del flujo de fluido/rendimiento de la transferencia de calor y los parámetros operativos.

Peso / Tamaño

Diseño basado en la estructura espacial del escenario de intercambio de calor y la estructura interna de la fuente de calor para lograr una eficiencia óptima de transferencia de calor por refrigeración líquida.

Alimentación de la batería y entorno operativo

Las variaciones en las condiciones de funcionamiento requieren que la placa de refrigeración líquida tenga capacidad de control de la temperatura, lo que evita efectos adversos en el rendimiento y la vida útil de la batería debido al sobrecalentamiento o a una refrigeración excesiva.

Caída de presión

El uso de la placa de refrigeración líquida del pack de baterías se ve influido por los cambios de temperatura y presión ambientales, especialmente en condiciones de carga elevada, en las que los efectos de la presión son más pronunciados. Por lo tanto, para garantizar la estabilidad y fiabilidad de la placa de refrigeración líquida durante su uso, es necesario calibrar la caída de presión

Compatibilidad de materiales

Entre las consideraciones relativas a la compatibilidad de los materiales figuran las reacciones químicas y la corrosión, y ahora también se tienen en cuenta las propiedades de ligereza. Los materiales más comunes son el aluminio, el cobre y el acero inoxidable.

Selección del medio de transferencia de calor

La refrigeración líquida suele emplear un medio de transferencia de calor con una mayor capacidad calorífica específica, como agua, solución de etilenglicol-agua, aceite mineral, líquidos fluorados, etc. El agua desionizada suele mezclarse con etilenglicol, junto con refrigerantes (materiales reversibles de cambio de fase) y aceite refrigerante (menos habitual). 

 

Equilibrio del flujo y estabilidad de los fluidos

Cuanto mayor es el caudal del refrigerante, más calor se transporta en un tiempo determinado, lo que se traduce en menores diferencias de temperatura en la entrada y la salida. Sin embargo, esto conlleva mayores requisitos para la bomba (mayor potencia, mayor consumo de energía). Por lo tanto, es crucial equilibrar el caudal de refrigerante. 

Paso del líquido

Las diferencias en el diseño de los canales para líquidos pueden influir en factores como el caudal, la velocidad, la uniformidad de la temperatura y la resistencia estructural, entre otros. En la actualidad, existen dos diseños principales de canales: en serie y en paralelo (y no se excluyen las estructuras no tradicionales).

En los canales extruidos, existen tubos planos de refrigeración líquida, tubos de refrigeración líquida de microcanal y tubos serpentina. El tubo de refrigeración líquida de microcanal está diseñado principalmente para aumentar el área de contacto con el líquido, minimizando la resistencia térmica entre la placa fría y la fuente de calor para mejorar el rendimiento de refrigeración y aumentar la resistencia estructural. Los tubos serpentín son más adecuados para soluciones de transferencia de calor por refrigeración líquida de celdas cilíndricas.

Además, hay construcciones como ranuras, aletas y paletas que se añaden internamente a los canales estampados, lo que hace más complejo el diseño de los componentes refrigerados por líquido pero mejora el rendimiento de la disipación térmica. (Los parámetros geométricos típicos de las aletas son grosor: 0,2-1 mm, separación entre aletas: 0,5-5 mm, altura de las aletas: 2,5-20 mm, y los materiales suelen ser aluminio o cobre).

Uniformidad de temperatura

En un sistema de baterías, no sólo es esencial garantizar que la temperatura de funcionamiento general de las baterías sea la adecuada, sino también mantener una diferencia de temperatura adecuada entre las celdas individuales de la batería dentro del paquete de baterías. Para mantener la consistencia de las celdas individuales y evitar desequilibrios térmicos, es necesario que la diferencia de temperatura entre las celdas de la batería no supere los 5°C. En la figura se muestra el intervalo de temperaturas de funcionamiento de las baterías de iones de litio. (Las simulaciones se han realizado con el software ANSYS, estándar en el sector).

Temperatura óptima de la batería

Consideraciones en el diseño estructural de las placas de refrigeración líquida

1. Placa de frío líquido

Consideraciones sobre el diseño de la estructura de la placa de refrigeración líquida - XD THERMAL

2. Tubo de refrigeración líquida (tubo serpentina)

consideraciones sobre el diseño de la estructura del tubo serpentina- XD THERMAL

Stage-by-Stage Validation Ensured

validación y pruebas EOL- XD THERMAL

How XD THERMAL Supports Cold Plate Design

Análisis de requisitos

Comprender parámetros clave como el tipo de batería, los requisitos de potencia, el rango de temperatura y el entorno operativo para garantizar que el diseño de la placa de refrigeración líquida pueda satisfacer escenarios de aplicación específicos.

Selección de materiales

Tenga en cuenta factores como la conductividad térmica, la resistencia a la corrosión y las propiedades de ligereza para garantizar que la placa de refrigeración líquida funcione eficazmente en distintas condiciones.

Diseño fluidodinámico

Optimizar la estructura interna de la placa de refrigeración líquida para garantizar un flujo de fluido uniforme, mejorando la eficiencia de disipación del calor. Mediante simulación numérica y validación experimental, optimizar el diseño de la dinámica de fluidos para maximizar la eficiencia de la conductividad térmica.

Liquid Cooling System Layout Optimization

Evalúa el espacio físico de todo el sistema, proporciona un diseño eficaz de disipación del calor para los módulos de la batería y otros componentes sensibles al calor, y organiza el sistema de refrigeración líquida de forma razonable.

La clave de la innovación eres tú Involúcrate en el desarrollo, da forma a la singularidad junt

Somos algo más que socios comerciales: estamos aquí para resolver sus retos.

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