新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)

液冷板,似乎并沒有什么統(tǒng)一的定義,我們僅就動(dòng)力電池包的液冷板這個(gè)應(yīng)用場景,給它下個(gè)定義,暫且這樣描述:動(dòng)力電池系統(tǒng)中,電池工作產(chǎn)生多余熱量,熱量通過電池或者模組與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞,最終被器件內(nèi)部流道中通過的冷卻液帶走。這個(gè)板型鋁質(zhì)器件就是液冷板。目前新能源車市場的液冷板類型主要有以下幾種:

1.口琴管式液冷板

口琴管式液冷板具有成本低、重量輕、結(jié)構(gòu)相對簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),但由于其流道單一、接觸面積小、管道壁薄,導(dǎo)致它的換熱效果一般且承重能力較差。

新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)的圖1

壓式液冷板

    沖壓式液冷板具有流道可任意設(shè)計(jì)、接觸面積大、換熱效果好、生產(chǎn)效率高、耐壓與強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn),但由于其需要開模,因此成本較高,且對平整度要求高,安裝難度大

新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)的圖2

3.吹脹式液冷板

吹脹式液冷板具有成本低、換熱效果好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),但由于其材質(zhì)偏軟,因此在耐壓與強(qiáng)度方面存在較大的短板。

新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)的圖3

4.平行流管式液冷帶

平行流管式液冷帶具有換熱效果好、適用于圓柱形電芯的優(yōu)點(diǎn),但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此成本高。

新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)的圖4

5.型材加攪拌摩擦焊

這種將型材通過攪拌摩擦焊連接成型的液冷板具有可靠性好、承重能力好、表面平整度好、換熱效果好等優(yōu)點(diǎn),但由于其厚度較厚且加工方式復(fù)雜,因此成本高、重量重且空間占有率高。

新能源pack系統(tǒng)散熱解決方案-液冷板選型和設(shè)計(jì)的圖5

6為了驗(yàn)證液冷板的性能與安全可靠性,需要對液冷板進(jìn)行如下三個(gè)方面的測試

  1. 出貨檢測

  2. 外觀檢測;

  3. 尺寸檢測;

  4. 常溫密封性。

2.熱性能測試

  1. 冷卻性能測試;

  2. 加熱性能測試

形式測試:

  1. 低溫密封性試驗(yàn)

  2. 壓降測試

  3. 爆破試驗(yàn)

  4. 靜壓強(qiáng)度

  5. 耐高溫試驗(yàn)

  6. 耐低溫試驗(yàn)

  7. 壓力交變試驗(yàn)

  8. 鹽霧試驗(yàn)

  9. 帶載振動(dòng)試驗(yàn)

  10. 內(nèi)部腐蝕性試驗(yàn)

  11. 進(jìn)回水接頭拉拔力測試

水冷散熱器的設(shè)計(jì)原則

1基材的選擇:盡量避免一個(gè)系統(tǒng)中有兩種電極電位差較大的金屬,減少電化學(xué)腐蝕。

2冷板種類選擇:基于液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和是否承載重去選擇

3 流量的確定:由于水冷的系統(tǒng)比較龐大,一般不會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)做仿真分析,而是先設(shè)定水冷散熱器流量,再根據(jù)對應(yīng)的系統(tǒng)流動(dòng)阻力匹配水泵。總熱量和工質(zhì)的物性參數(shù)確定后,流量和溫升成反比                           

若溫升較高,則水冷系統(tǒng)的換熱器(冷卻水用)需要設(shè)計(jì)的比較大;若溫升過低,則需要選用比較大的水泵。因此溫升過高或過低都會(huì)引起成本的增加。基于經(jīng)濟(jì)性考慮,常常有個(gè)經(jīng)濟(jì)型溫升范圍,也就同步確定了散熱器的流量。

4.水冷流道截面的設(shè)計(jì)

經(jīng)理論推導(dǎo),對流熱阻與截面的水力直徑成正相關(guān)的關(guān)系。

也就是說,其他條件相當(dāng),水力直徑越大,對流熱阻越大。我們知道,水力直徑D=4A/X,其中A為流道截面積,X為流道截面周長,也就是說,截面積相等的條件下,周長越大,水力直徑越小,對流熱阻越小。 

 4.流速的限制

基于一份基礎(chǔ)研究報(bào)告,流速超過一定限值,工質(zhì)會(huì)破壞金屬壁面的氧化保護(hù)膜,造成沖蝕。不同的金屬,限值不同,鋁材最好低于2m/s。因此,限定了流量之后,流道總的截面積也基本限定了。

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