液冷板
關注創建者：熱管理博覽會 創建時間：2023-06-25
液冷板的視頻教程
新能源汽車電池/儲能熱管理結構設計進階到高階-十大專題50個技術點掌握熱結構建模核心能力
液冷板的話，我會從鈑金畫法和實體畫法兩種方式進行詳細的教學，管路的話，我不僅會教大家如何繪制，還會教大家如何讓自己畫出來的管路可以順利加工出來，這其中就涉及到很多管路的設計要點和經驗；流道設計要點呢，主要講的是沖壓流道設計，因為沖壓流道兼具復雜性和多樣性，在掌握板厚、深度、斜度、寬度、焊接面積、擾流、留白等設計要點后，可滿足液冷板的各種不同功能性設計。
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新能源汽車電池包熱管理及熱仿真分析案例應用解析
6、電池包流場仿真，主要講解口琴管液冷板流場均勻性分析、液冷板支路冷冷板冷卻能力匹配、風冷流場的仿真分析以及流程VOF流動狀態模擬。通過冷板流場的流動均勻性分析，匹配支路冷板的冷卻能力，設計支路冷板的流量，通過冷板的設計有效降低電池包內部溫差。
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從零開始學散熱——實例、方法和思維
1、熱設計工程師 2、結構設計工程師 3、石墨、導熱界面材料、風扇、散熱器、熱管、均溫板、TEC、液冷板研發或銷售工程師 4、硬件工程師 5、想從事熱設計工作的學生或其它職位人員 結合數十次現場培訓反饋，數千位書籍讀者的意見，深度講解電子產品熱設計工程設計思維、設計方法和迭代提升體系。內含大量我個人關于熱設計方法的總結，對熱設計研發體系的理解，以及對工程問題本質的深度思考。
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液冷板的實例教程
冷卻液質量流量增加，液冷板壓降增加幅度逐漸變大，因為冷卻液的沿程水頭損失與流速的二次方呈正比，所以液冷板壓降增加幅度變快。隨冷卻液質量流量增加，模型2 的壓降增加幅度明顯小于模型1，因為模型1 的冷卻液分布不均勻程度隨著冷卻液質量流量增加而加劇，各流道流速差異較大，使冷卻液壓降增幅大于模型2。冷卻液質量流量從0.25 kg/s 增加到0.45 kg/s 時，模型2 比模型1 的壓降最大降幅為12.5kPa，在液冷板系統能耗方面，模型2 的液冷板結構優于模型1 的液冷板結構。
3.4 冷卻液質量流量對電池組溫度場的影響
冷卻液質量流量除了對液冷板系統能耗有較大影響外，也是影響液冷式電池組熱管理系統散熱能力的關鍵因素之一，增加或降低冷卻液質量流量可以強化或削弱電池熱管理系統的換熱能力。此外，冷卻液入口溫度也是影響電池熱管理系統散熱能力的重要因素，降低冷卻液入口溫度可以增加電池組與液冷板之間的溫差來強化換熱。本文分別分析冷卻液質量流量和入口溫度2 個變量對電池組溫度場的影響。
首先，設定冷卻液入口溫度為20 ℃，改變冷卻液質量流量為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 kg/s 進行仿真模擬，仿真結果如圖8 所示。
從圖8 可以看出，電池組最高溫度θmax 隨冷卻液質量增加而降低，但隨著冷卻液質量流量增加，下降幅度逐漸減小。因為冷卻液流量增加對換熱系數的影響逐漸減小，所以電池組散熱增量也逐漸減小。電池組的最大溫差Δθmax 隨冷卻液質量流量增加而減低，這是由于冷卻液質量流量增加，冷卻液溫度分布均勻性均更好。
展開 液冷板，似乎并沒有什么統一的定義，我們僅就動力電池包的液冷板這個應用場景，給它下個定義，暫且這樣描述：動力電池系統中，電池工作產生多余熱量，熱量通過電池或者模組與板型鋁質器件表面接觸的方式傳遞，最終被器件內部流道中通過的冷卻液帶走。這個板型鋁質器件就是液冷板。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、結構相對簡單、生產效率高等優點，但由于其流道單一、接觸面積小、管道壁薄，導致它的換熱效果一般且承重能力較差。
壓式液冷板
沖壓式液冷板具有流道可任意設計、接觸面積大、換熱效果好、生產效率高、耐壓與強度好等優點，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
3.吹脹式液冷板
吹脹式液冷板具有成本低、換熱效果好、生產效率高等優點，但由于其材質偏軟，因此在耐壓與強度方面存在較大的短板。
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點，但由于其結構復雜，因此成本高。
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、換熱效果好等優點，但由于其厚度較厚且加工方式復雜，因此成本高、重量重且空間占有率高。
6為了驗證液冷板的性能與安全可靠性，需要對液冷板進行如下三個方面的測試
出貨檢測
外觀檢測；
尺寸檢測；
常溫密封性。
展開 整個冷板表面的最高溫度為65.0℃，主要熱量集中在中間8個熱源區域，冷板表面最低溫度為42.0℃，板面最高溫與最低溫相差23.0℃，中間8個熱源區域的最大溫差接近3.6℃。圖3(b）是冷板流道的壓力云圖，冷板流道最大壓力為19 458.5 Pa，在冷卻液進口處。沿著流道的走向，每經過一個90°拐角，壓力值迅速減小，直至出口處，壓力降為0。
圖3 小通道液冷板仿真結果
2.3 無小通道液冷板的散熱性能對比
保證流道橫截面積不變，將中間熱源區域的小通道結構去除，建立無小通道液冷板三維模型，設置相同的邊界參數和熱功耗，進行模擬分析。結果如圖4所示，冷板中心區域溫度最高為72.4℃，最大溫差接近6.2℃，最大壓力為31 802.3 Pa。對比圖3和圖4的溫度云圖，在邊界參數不變的情況下，小通道冷板表面最高溫度比無小通道冷板表面最高溫度降低了10%，由此可見增加小通道后的液冷板散熱性能顯著提高。
圖4 無小通道液冷板仿真結果
3 影響小通道散熱性能的因素研究
肋片是小通道流道的主要結構，其尺寸設計能直接影響液冷板的散熱性能及流阻。雖然小通道冷板的換熱性能較高，但是由于流道散熱面積的減小，同時會出現壓力過大的問題。故在設計小通道結構時需綜合考慮多種因素，如散熱能力、壓降、加工工藝等。控制冷板外形和流道走向不變，對小通道肋片尺寸參數進行分析優化。
3.1 肋片間距單因素影響分析
采用控制變量法，保證其他參數不變，只改變肋片間距進行仿真計算，結果如圖5(a）所示，在流道高度和肋片厚度一定的條件下，相鄰肋片之間的距離越大，冷板表面的溫度越高，流道熱阻越小。說明肋片間距的過度增加并不有利于冷板的散熱性能。肋片間距的增加導致冷板中心熱源區域的流道數減少，流道的換熱面積與冷板整體面積的占比也隨之減小，因此冷板表面溫升增大，總體的換熱效率降低。
展開 液冷板，似乎并沒有什么統一的定義，我們僅就動力電池包的液冷板這個應用場景，給它下個定義，暫且這樣描述：動力電池系統中，電池工作產生多余熱量，熱量通過電池或者模組與板型鋁質器件表面接觸的方式傳遞，最終被器件內部流道中通過的冷卻液帶走。
對液冷板的一般要求散熱功率大，能夠及時導出動力電池工作過程中產生的多余熱量，避免過量溫升的發生；可靠性高，在道路車輛環境工作，振動、沖擊、高低溫交變環境，對多數產品都是比較嚴酷的工作條件，而動力電池電壓動輒幾百伏，冷卻液泄漏是個嚴重問題，即使你使用絕緣性能好的冷卻液，但遇到外部雜質后，絕緣性能會立即降低，因此，冷板密封可靠性很重要；散熱設計精準，避免系統內溫差過大，這是出于鋰電池自身性能的要求，電池的性能和老化都與工作溫度密切相關；對冷板的重量有嚴格要求，這來自于動力電池系統對能量密度的追求，嚴重拉低系統能量密度的冷卻系統，是客戶和設計者都根本無法接受的。
溫度是確保動力電池性能最重要的參數之一，適宜的工作溫度，能夠有效減緩電池的老化、鼓包和安全性問題，同時能夠發揮電池的最優性能。通常的動力電池包內，集成了多個電池單體，單體性能的一致性直接影響電池組整體的性能和壽命。處在電池包內不同位置的電池單體，其散熱條件也有所不同。動力電池的液冷板的性能主要取決于：
A 電池包內部整體維持在合理溫度范圍內；
B 不同電池單體的溫差盡可能小；
C 電池與液冷板之間的接觸熱阻盡可能得小;
D 冷卻液與冷板的熱阻小；
E 冷板內的冷卻液流速均勻性要求；
F 液冷板密封可靠性要求；
G 液冷板輕量化要求；
電池與液冷板的熱阻小，有利于把電池的熱量更快傳導至液冷板，同時更小的熱阻有利于冷卻液更好的進行對流換熱。冷卻液流速的均勻性，是保障散熱的均勻性，減少局部溫度過高的前提。
展開 液冷板是間接液冷的關鍵部件之一。液冷板的材料、結構和制造工藝對散熱性能有很大影響。
目前微通道成形技術包括微銑削、微線切割、激光微加工、光刻等。液冷板的焊接方法有回流焊、擴散焊、摩擦焊等。微通道采用電火花線切割加工。雖然微通道液冷板具有優良的散熱性能，但微通道液冷板的制造工藝存在一定的弊端。
為了保證良好的密封條件，液冷板需要焊接成一個整體。大多數焊接工藝存在成本高、生產效率低的問題。即使采用效率更高的回流焊，微通道也容易被焊料堵塞。微通道液冷板制造工藝的缺陷阻礙了其在數據中心的大規模部署。
02
成果掠影
為了解決服務器冷卻技術中結構復雜、制造成本高、制造周期長等問題，華南理工大學潘敏強教授團隊提出了一種新型的加工工藝的液冷板。輥粘工藝起源于制冷行業的蒸發器制造工藝。此工藝可批量生產，并可靈活調整產品結構。采用輥粘接工藝可大大降低生產成本和液冷板泄漏風險。近年來，對輥粘液冷板的研究主要集中在PV/T太陽能集熱系統和動力電池熱管理方面。目前，將其應用于服務器散熱的研究較少。為此，針對一種低成本、可批量生產的服務器芯片熱管理方案，提出一種輥粘液冷卻板(RBLCP)，并通過實驗研究其傳熱性能和流動特性。該團隊建立了RBLCP的性能測試平臺。通過經驗研究了彎曲、流道形狀、流量和加熱功率對RBLCP性能的影響。結果表明，彎曲對其傳熱性能影響不大。但隨著流量的增加，彎曲后RBLCP的流動特性比彎曲前的RBLCP差。RBLCP的傳熱性能和流動特性主要由流道的彎曲程度決定。與彎曲為" Z "形的RBLCP (Z-RBLCP)相比，彎曲為" N "形的RBLCP (N-RBLCP)具有更好的綜合性能。
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液冷板的最新內容
培訓以某車企200Ah三元鋰電池包真實模型為載體，講師帶教Ansys瞬態熱仿真全流程：導入參數后通過溫度場云圖定位極耳8℃熱熱點，分析成因后設計“導熱墊+液冷板”方案。經仿真對比，選定80W/(m?K)導熱墊并將冷卻液流速提至1.5L/min，電芯最高溫降至48℃。
儲能電池熱失控場景針對電芯密集布置的蔓延風險（無防護時蔓延僅3分鐘）。
教學中，講師不僅會演示“操作步驟”，更會深度拆解“底層邏輯”：講解活塞仿真時，會分析“為什么選擇陶瓷涂層（導熱率低、耐高溫，可降低活塞頂部熱輸入）”“為什么要在活塞銷孔處設置倒角（減少應力集中，避免熱疲勞開裂）”；講解電池包仿真時，會解讀“為什么要設置150MPa預警閾值（對應殼體材料屈服強度的70%，預留安全余量）”“為什么液冷板流道要設計成蛇形（提升冷卻液與電芯的接觸面積，均勻散熱）”。
針對企業實際存在的熱堆積痛點，講師會現場指導學員優化“極耳導熱墊+液冷板流道”方案——選擇導熱率80W/(m·K)的高導熱墊，將液冷板冷卻液流速從1L/min提升至1.5L/min，最終通過仿真驗證，實現電芯最高溫度從68℃降至48℃的優化目標。這種“沉浸式”教學模式，讓學員在學習過程中直接解決自家產品的技術問題，徹底擺脫“聽懂卻不會做”的尷尬。
二、試錯成本：從“5-8次試錯”到“1次成功”，降低90%資源浪費
Ansys熱仿真對參數設置、網格質量要求極高，哪怕一個微小偏差（如液冷板對流換熱系數設置錯誤、網格Aspect Ratio超標），都可能導致計算幾天不收斂，或結果與實驗嚴重不符，造成人力、算力資源的巨大浪費。
，最終選定導熱率80W/(m?K)的高導熱墊，同時將液冷板冷卻液流速從1L/min提升至1.5L/min，仿真結果顯示電芯最高溫度成功降至48℃，完全滿足企業設計標準；若工程師需解決“工業烘箱溫度差12℃”難題（某箱體企業反饋，溫度不均導致產品返工率達15%），講師會以企業1m3、5kW工業烘箱真實模型為案例，指導通過Ansys穩態熱仿真定位角落溫度盲區，再結合Fluent流場仿真設計“雙風扇對稱布局
熱仿真代做，儲能、PCS、變流器、液冷板、管路、散熱器等產品均可，價格根據產品復雜程度而定。
使用STAR-CCM+軟件的VOF模型，模擬液冷板內從注入冷卻液到完全填充的過程，以清晰展示冷卻液的流動與填充細節。
液冷板采用沖壓加釬焊的加工工藝，流道定義的自由度較高。液冷熱管理系統由液冷板、液冷機組、液冷管路、高低壓線束和冷卻液組成。
2.冷卻策略
液冷機組具備制冷、制熱以及除濕功能，液冷機組熱管理系統的策略和工作模式緊密相關。文中，Tmax指電池監測點NTC最高溫度；Tmin指電池監測點NTC最低溫度。
其中，電磁屏蔽材料及器件包括導電布襯墊、導電硅膠、導電塑料器件、金屬屏蔽器件、吸波器件及軟連接等；熱管理材料及器件包括導熱界面器件、石墨片、導熱石墨膜、散熱模組、風扇、VC 均溫板、熱管、壓鑄件及液冷板等。基站天線及相關器件包括：基站天線、一體化天線振子、天線罩、精密注塑等；功能組件包括：無線充電模組、充電器等；防護功能器件包括單雙面膠、保護膜、絕緣片、防塵網等。
雙模組夾持安裝的液冷板，這種安裝方式是將兩個模組相對平放，然后將液冷板夾持在兩個模組的底面之間；雙電芯夾持安裝結構, 這種安裝方式是將液冷板夾持在兩個電芯(方形電芯和軟包電芯)的大面之間。總體來說，夾持安裝方式使液冷板的兩個表面均得以利用從而提高了液冷板的利 用效率，并且沒有增加額外的支撐結構件，在某些情況下是一種較為可取的安裝 方式。
