冷板
關(guān)注創(chuàng)建者：熱管理博覽會(huì) 創(chuàng)建時(shí)間：2023-09-06
冷板的視頻教程
新能源汽車電池/儲(chǔ)能熱管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)階到高階-十大專題50個(gè)技術(shù)點(diǎn)掌握熱結(jié)構(gòu)建模核心能力
液冷板的話，我會(huì)從鈑金畫法和實(shí)體畫法兩種方式進(jìn)行詳細(xì)的教學(xué)，管路的話，我不僅會(huì)教大家如何繪制，還會(huì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)；流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)呢，主要講的是沖壓流道設(shè)計(jì)，因?yàn)闆_壓流道兼具復(fù)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(shè)計(jì)要點(diǎn)后，可滿足液冷板的各種不同功能性設(shè)計(jì)。
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動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡妫篠tarccm&Amesim冷媒直冷熱仿真課程
冷板溫度 冷板兩側(cè)溫度過高，原因是我們講過的出口側(cè)氣態(tài)制冷劑過熱，無法吸收過多的熱量，造成冷板局部溫度高；也可以通過這里理解冷板作為均溫板的同時(shí)，為何換要控制冷板板面上的溫差。冷板的流道設(shè)計(jì)決定了60%-70%的板面溫差，剩余的則由系統(tǒng)熱負(fù)載以及工況等決定。 在考慮直冷板自身溫差之外，必須更多的關(guān)注直冷系統(tǒng)的原因。一旦制冷劑出現(xiàn)過熱狀態(tài)，則制冷劑的冷卻能力急劇下降。
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新能源汽車電池包熱管理及熱仿真分析案例應(yīng)用解析
6、電池包流場(chǎng)仿真，主要講解口琴管液冷板流場(chǎng)均勻性分析、液冷板支路冷冷板冷卻能力匹配、風(fēng)冷流場(chǎng)的仿真分析以及流程VOF流動(dòng)狀態(tài)模擬。通過冷板流場(chǎng)的流動(dòng)均勻性分析，匹配支路冷板的冷卻能力，設(shè)計(jì)支路冷板的流量，通過冷板的設(shè)計(jì)有效降低電池包內(nèi)部溫差。
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冷板的實(shí)例教程
整個(gè)冷板表面的最高溫度為65.0℃，主要熱量集中在中間8個(gè)熱源區(qū)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(gè)熱源區(qū)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(jìn)口處。沿著流道的走向，每經(jīng)過一個(gè)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(jié)果
2.3 無小通道液冷板的散熱性能對(duì)比
保證流道橫截面積不變，將中間熱源區(qū)域的小通道結(jié)構(gòu)去除，建立無小通道液冷板三維模型，設(shè)置相同的邊界參數(shù)和熱功耗，進(jìn)行模擬分析。結(jié)果如圖4所示，冷板中心區(qū)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(duì)比圖3和圖4的溫度云圖，在邊界參數(shù)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(jié)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(jié)構(gòu)，其尺寸設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力過大的問題。故在設(shè)計(jì)小通道結(jié)構(gòu)時(shí)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(duì)小通道肋片尺寸參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)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(shù)不變，只改變肋片間距進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)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(dǎo)致冷板中心熱源區(qū)域的流道數(shù)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 本文闡述了電池冷板拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)，并通過多個(gè)實(shí)例和比較，說明了該方法的附加價(jià)值。
雖然電動(dòng)汽車公司一直尋求更有效的替代方案來設(shè)計(jì)電池冷卻系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)的冷板設(shè)計(jì)仍被廣泛用于為電動(dòng)汽車的電池提供冷卻，人工的參與和試錯(cuò)在工程設(shè)計(jì)過程中仍然占主導(dǎo)地位。借助拓?fù)鋬?yōu)化的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)使這一設(shè)計(jì)過程更加順暢。
介紹
電動(dòng)汽車（EVs）是一種燃油交通的清潔替代品。它們以高效率聞名，在市場(chǎng)中越來越受歡迎。電動(dòng)汽車使用可充電電池作為動(dòng)力，也給這個(gè)行業(yè)帶來了一些挑戰(zhàn)。
高效的電池?zé)峁芾硎茄娱L(zhǎng)電池使用壽命的關(guān)鍵。因此，工程師在冷板設(shè)計(jì)過程中遇到的最常見問題是確保電池在較低的整體溫度運(yùn)行，保持其溫度均勻性和冷板內(nèi)液體壓降在可接受的范圍內(nèi)。此外，工程師關(guān)注產(chǎn)品的可制造性的同時(shí)也要追求產(chǎn)品重量的最小化。
最近在創(chuàng)成式設(shè)計(jì)領(lǐng)域引入的一種新技術(shù)可以克服上述的挑戰(zhàn)。將拓?fù)鋬?yōu)化與流體力學(xué)相結(jié)合，可以在一個(gè)簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的工作流程中將約束條件與設(shè)計(jì)目標(biāo)結(jié)合起來，從而獲得高性能的冷板設(shè)計(jì)。
本文的內(nèi)容按以下順序進(jìn)行：首先介紹創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，然后是拓?fù)鋬?yōu)化分析的步驟說明。接下來是一系列的電池冷板研究和比較電池冷板性能的方法，這部分探討了冷板建模及其分析的假設(shè)，總結(jié)了各種冷板的性能結(jié)果。最后，本文對(duì)各種冷板設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了比較。
創(chuàng)成式設(shè)計(jì)
在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期中，工程師直接參與從設(shè)計(jì)概念到解決方案的所有步驟。這個(gè)過程從創(chuàng)造者設(shè)想的模型構(gòu)想開始。負(fù)責(zé)人通過建模、仿真、后處理和分析所選擇的設(shè)計(jì)來驗(yàn)證其性能。如果最終的設(shè)計(jì)沒有達(dá)到令人滿意的水平，就會(huì)產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)迭代。這種耗時(shí)的設(shè)計(jì)程序被創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)打破了，它需要最少的用戶輸入和互動(dòng)。
展開 模型2 的電池組最高溫度與模型1 相比，下降幅度維持在0.24 ~0.26 ℃，模型2 的電池組最大溫差與模型1 相比，下降幅度維持在0.06 ~ 0.27 ℃，在電池組散熱方面，模型2 的液冷板具有更佳的效果。
3.5 冷卻液入口溫度對(duì)電池組溫度場(chǎng)的影響
設(shè)定冷卻液質(zhì)量流量0.25 kg/s，調(diào)整冷卻液入口溫度分別為10、15、20、25 ℃，對(duì)電池組進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖9 所示。
從圖9 可以看出，冷卻液入口溫度θin 從25 ℃減低到10 ℃時(shí)，模型2 的電池組最高溫度從37.99 ℃降低到28.35 ℃，但是模型2 的電池組最大溫差從13.05℃增加到13.31 ℃。這是因?yàn)槔鋮s液入口溫度降低，電池組與液冷板溫差增大使得電池組散熱能力增強(qiáng)，電池組的最高溫度降低。冷卻液入口溫度降低，電池組底部靠近液冷板溫度下降明顯，電池組頂部因傳熱熱阻較大溫度下降較緩，因而擴(kuò)大了電池組的最大溫差。通過調(diào)整冷卻液入口溫度能夠增加電池組的散熱量，保證電池組溫度處于合適的工作溫度范圍。
4 結(jié) 論
本文提出了一種非等長(zhǎng)直流道的液冷板結(jié)構(gòu)，該液冷板結(jié)構(gòu)具有足夠的散熱能力，在電池組最高溫度和溫度一致性控制以及系統(tǒng)能耗方面，較等長(zhǎng)直流道液冷板結(jié)構(gòu)對(duì)比有明顯優(yōu)勢(shì)。數(shù)值模擬研究得出的結(jié)論如下：
1） 冷卻液質(zhì)量流量增加，液冷板散熱量能力增加及冷卻液溫度分布均勻性更好，電池組的散熱效果得到改善。非等長(zhǎng)直流道液冷板的冷卻液分布更均勻，回流通道內(nèi)冷卻液流動(dòng)進(jìn)行有效散熱，避免了液冷板回流最內(nèi)側(cè)溫度過高，液冷板和電池組溫度分布均勻性更好。冷卻液質(zhì)量流量從0.25 kg/s 增加到0.45 kg/s 時(shí)，模型2 比模型1 相比，流動(dòng)阻力最大下降幅度為12.5 kPa。
展開 01
電池冷卻與電池水冷板
隨著國(guó)家新能源汽車戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，新能源汽車行業(yè)受到了越來越多的人關(guān)注。動(dòng)力電池作為新能源汽車的心臟，其安全性,壽命,續(xù)駛里程,性能也成為廣大用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。為了提高電池的性能，延長(zhǎng)電池的使用壽命，增加車輛的續(xù)駛里程，防止動(dòng)力電池出現(xiàn)安全性事故，電池的工作溫度就成為關(guān)鍵因素之一。
在一眾電池冷卻方案中，液冷以其大比熱容、高換熱系數(shù)，成為超越風(fēng)冷、相變冷卻的主流冷卻方式。動(dòng)力電池在工作中產(chǎn)生的熱量，通過電子部件與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞，最終被器件板內(nèi)部流道中的冷卻液帶走，這個(gè)板型鋁質(zhì)器件就是水冷板。
水冷板的設(shè)計(jì)形式及其布置位置也是多種多樣的，主要根據(jù)電池的類型，電池系統(tǒng)整體的布置來確定。加之為了保證大能量電池包溫度均勻性，整個(gè)熱管理系統(tǒng)基本都采用多并聯(lián)支路設(shè)計(jì)，冷卻流道越長(zhǎng)，溫度均勻性控制越困難，例如特斯Model X單冷卻管道長(zhǎng)度約5.2m到model3單冷卻管道變?yōu)榧s1.9m，通過初步CFD計(jì)算，電池系統(tǒng)整體均勻性有了很大提高。
02
電池水冷板的工藝變遷
電動(dòng)汽車從早期的普通油改電，到降本要求下電池PACK方案的優(yōu)化，水冷板工藝路線也在歷經(jīng)變化。
初代產(chǎn)品-擠出鋁型材水冷板
型材水冷板的用料是板厚2mm左右的6系鋁型材，無需用到懸浮設(shè)計(jì)，直接拿VDA模組往上堆，每塊放置3-4個(gè)模組，也可以把水流道集成到箱體底部，所有模組都堆到了水冷板上面，強(qiáng)度可見一斑。
展開 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(chǎng)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。
對(duì)液冷板的一般要求散熱功率大，能夠及時(shí)導(dǎo)出動(dòng)力電池工作過程中產(chǎn)生的多余熱量，避免過量溫升的發(fā)生；可靠性高，在道路車輛環(huán)境工作，振動(dòng)、沖擊、高低溫交變環(huán)境，對(duì)多數(shù)產(chǎn)品都是比較嚴(yán)酷的工作條件，而動(dòng)力電池電壓動(dòng)輒幾百伏，冷卻液泄漏是個(gè)嚴(yán)重問題，即使你使用絕緣性能好的冷卻液，但遇到外部雜質(zhì)后，絕緣性能會(huì)立即降低，因此，冷板密封可靠性很重要；散熱設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，避免系統(tǒng)內(nèi)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(guān)；對(duì)冷板的重量有嚴(yán)格要求，這來自于動(dòng)力電池系統(tǒng)對(duì)能量密度的追求，嚴(yán)重拉低系統(tǒng)能量密度的冷卻系統(tǒng)，是客戶和設(shè)計(jì)者都根本無法接受的。
溫度是確保動(dòng)力電池性能最重要的參數(shù)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(shí)能夠發(fā)揮電池的最優(yōu)性能。通常的動(dòng)力電池包內(nèi)，集成了多個(gè)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(nèi)不同位置的電池單體，其散熱條件也有所不同。動(dòng)力電池的液冷板的性能主要取決于：
A 電池包內(nèi)部整體維持在合理溫度范圍內(nèi)；
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(nèi)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(dǎo)至液冷板，同時(shí)更小的熱阻有利于冷卻液更好的進(jìn)行對(duì)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 
冷板的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
冷板的最新內(nèi)容
針對(duì)高密度功率電子，Icepak 支持對(duì)流道與冷板的共軛傳熱建模和液冷通道仿真，可并行評(píng)估冷卻效率、熱點(diǎn)控制與壓降，為液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可量化的優(yōu)化依據(jù)。
通過與 Twin Builder / Simplorer 的 ROM 提取與場(chǎng)—路協(xié)同流程，三維降階熱模型可嵌入系統(tǒng)級(jí)仿真與控制器聯(lián)合驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)熱預(yù)測(cè)與數(shù)字孿生應(yīng)用。
▲ 圖1 冷板液冷（a）與浸沒液冷（b）溫度均勻性對(duì)比
本研究以浸沒式冷卻液（以純碳?xì)浠A(chǔ)液為基底，分別添加納米氧化銅與納米氧化鋁顆粒）為對(duì)象，從流變動(dòng)力學(xué)與導(dǎo)熱性能的雙重維度開展系統(tǒng)性表征與機(jī)理剖析，旨在為動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的介質(zhì)選型、流道設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)驗(yàn)證方法。
原料選擇
在評(píng)估新型熱管理介質(zhì)時(shí)，基礎(chǔ)流體的理化特性及其與納米顆粒的適配性是決定宏觀性能的核心。
、浸沒式（單相/兩相）、噴淋式、兩相流泵送冷卻等
?核心部件?：冷卻液（電子氟化液、礦物油等）、CDU（冷卻液分配單元）、冷板、快接頭、泵閥、漏液檢測(cè)系統(tǒng)、智能溫控傳感器
?數(shù)據(jù)中心應(yīng)用?：模塊化/預(yù)制化液冷數(shù)據(jù)中心、微模塊、UPS、精密空調(diào)、余熱回收系統(tǒng)
?AI與算力配套?：GPU/CPU液冷散熱器、高密機(jī)柜、800V高壓直流液冷協(xié)同方案
?核心技術(shù)展示?
：
?液冷技術(shù)類型?
：涵蓋
冷板式
一、技術(shù)路線：冷板為主，浸沒上量，前沿融合
冷板式液冷（主流，占 80%–90%）：適配 40–100kW / 機(jī)柜，兼容改造、成本低；向微通道、兩相冷板升級(jí)，單柜支持 100–200kW，PUE 可達(dá) 1.1 以下。
浸沒式液冷（高端爆發(fā)）：?jiǎn)螜C(jī)柜支持 200–900kW，PUE 低至 1.04；兩相浸沒成主流，國(guó)產(chǎn)相變工質(zhì)與金剛石銅材料降本提效。
展品覆蓋冷板式、浸沒式、噴淋式等主流液冷技術(shù)，包含 CDU 液冷分配單元、液冷服務(wù)器、冷板換熱器、絕緣冷卻液、快速接頭、漏液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等全系列產(chǎn)品，適配 AI 智算中心、高密度數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等多元場(chǎng)景需求。
例如后視鏡結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有限個(gè)參數(shù)的幾何機(jī)構(gòu)優(yōu)化，水冷板流道的優(yōu)化.其僅僅是簡(jiǎn)單模型。
2.AI有用，可以處理數(shù)據(jù)。將CAE計(jì)算的結(jié)果，根據(jù)不同的變量DOE設(shè)計(jì)計(jì)算15組或者更多的數(shù)據(jù)結(jié)果，讓AI分析其變量和結(jié)果之間的聯(lián)系，根據(jù)最終的目標(biāo)結(jié)果反推出一個(gè)最優(yōu)輸入數(shù)據(jù)，并CAE再次驗(yàn)證。
這種應(yīng)用應(yīng)該是AI目前最常用方式，僅僅局限于從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。
針對(duì)高密度功率電子，Icepak 支持對(duì)流道與冷板的共軛傳熱建模和液冷通道仿真，可并行評(píng)估冷卻效率、熱點(diǎn)控制與壓降，為液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可量化的優(yōu)化依據(jù)。
通過與 Twin Builder / Simplorer 的 ROM 提取與場(chǎng)—路協(xié)同流程，三維降階熱模型可嵌入系統(tǒng)級(jí)仿真與控制器聯(lián)合驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)熱預(yù)測(cè)與數(shù)字孿生應(yīng)用。
算力存儲(chǔ)/AI應(yīng)用展區(qū)全面夯實(shí)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的算力底座，聚焦服務(wù)器/存儲(chǔ)、邊緣計(jì)算、智算中心及液冷技術(shù)（沉浸式/冷板式），支撐人工智能從訓(xùn)練到落地的全棧需求。
聚焦展示產(chǎn)品
聚焦展示服務(wù)器、私有化部署、沉浸式液冷、便攜式存儲(chǔ)設(shè)備、算力運(yùn)維、邊緣計(jì)算、冷板式液冷、AI大模型訓(xùn)練平臺(tái)、分布式存儲(chǔ)解決方案、混合存儲(chǔ)系統(tǒng)、全閃存陣列等前沿領(lǐng)域熱門產(chǎn)品。
