Alors que les nouveaux véhicules à énergie, les centres de données et les systèmes de stockage d'énergie connaissent une croissance explosive, les performances thermiques des plaques de refroidissement liquide déterminent directement la stabilité et la durée de vie des équipements.Une structure de canal de débit bien conçue améliore considérablement l'uniformité de température des modules de batterie, tandis que des procédés de fabrication avancés assurent une conception optimale du chemin de débit, une résistance à la pression,et efficacité en termes de coûtsCet article fournit un aperçu complet des technologies de fabrication courantes, des techniques clés et des points de contrôle de la qualité des plaques de refroidissement liquide.
1. Sélection du matériau et prétraitement
1.1 Matériaux courants
Alliages d'aluminium: le choix dominant pour les plaques de refroidissement des batteries EV, équilibrant la conductivité thermique, le poids léger, la résistance, la traçabilité et le coût.L'alliage d'aluminium 3003 est largement utilisé en raison de sa technologie mature et d'excellentes performances globales.
Alliages de cuivre: le cuivre pur (conductivité thermique: 401 W/m·K) est idéal pour les scénarios à haute puissance (par exemple, plates-formes haute tension 800V), nécessitant un nickel ou une anodisation pour éviter la corrosion.
Matériaux composites: Les matériaux composites en alliage d'aluminium à haute résistance (structure en 3 couches: noyau + couche de brasage + couche de sacrifice) sont utilisés pour des applications exigeant une résistance mécanique supérieure.
1.2 Processus de prétraitement
Degraissage de surface: le nettoyage par ultrasons (28 80 kHz) élimine les contaminants d'huile pour assurer un soudage et une passivation fiables.
Passivation: la passivation sans chromate ou sans chrome (par exemple, une solution de sel de titane) forme un film protecteur à l'échelle nanométrique, atteignant plus de 1000 heures de résistance aux pulvérisations de sel.
2. Technologies de formation de canaux de flux
2.1 Formage par estampage: noyau de production à fort volume
Caractéristiques du procédé: les servopresses permettent un tamponnage à haute vitesse de 60 coups/min avec une tolérance de profondeur de conduit de débit de ±0,05 mm. Idéales pour les plaques de refroidissement moyennes/petites avec une utilisation de matériaux supérieure à 70%.
Cas: les batteries BYD Seal CTB adoptent un refroidissement direct de la plaque d'estampage, ce qui augmente de 40% l'efficacité de l'échange thermique via des canaux de débit à grande surface.
2.2 Hydroformage: spécialiste des canaux de flux complexes
Étapes du procédé: découpe en blanc d'aluminium (± 0,1 mm) → expansion hydraulique (3050 MPa, 210 secondes de maintien) → découpage par jet d'eau → assemblage de brasage sous vide.
Avantages: une grande souplesse de conception (structures serpentines et ramifiées) avec une perte de pression 20% inférieure à celle des plaques estampillées.
Cas: la batterie CATL Kirin utilise de grandes plaques hydroformées (1 200 × 800 × 50 mm), augmentant la surface de refroidissement de 4 fois.
2.3 Formage par extrusion: solution standard rentable
Processus: Extrusion de profilés en aluminium avec des conduits de débit préformés (par exemple, tubes d'harmonica), suivie de découpe et de soudage de tête.
Limitations: 30% moins cher que l'estampage, mais limité aux canaux de débit droits, adapté aux plaques de refroidissement des réservoirs de stockage d'énergie.
2.4 L'impression 3D: une percée de l'innovation structurelle
Technologie: le frittage direct au laser métallique (DMLS) produit des plaques de refroidissement monolithiques sans coutures de soudure, résistant à une pression supérieure à 6 bar.
Cas: Les plaques imprimées en 3D de CoolestDC de Singapour utilisent des ailerons obliques pour améliorer l'efficacité de refroidissement de 20%, déployées dans les systèmes de refroidissement GPU NVIDIA H100.
3. Traitement des canaux de débit: noyau des performances thermiques
3.1 Méthodes courantes
Processus de tubes intégrés: les tubes en cuivre sont pressés dans des rainures en aluminium frais (ratio profondeur/diamètre ≤3:1) et fixés par brasage.
Avantages: Aucun risque de fuite (tubes sans couture), mature et rentable.
Inconvénients: flexibilité limitée du canal de débit; risque de corrosion galvanique entre le cuivre et l'aluminium.
Applications: réfrigération par liquide de serveur, dissipateurs de chaleur à onduleur industriels.
L'usinage par décharge électrique (EDM): la découpe de fil (précision ± 0,01 mm) crée des micro-canaux dans des moules en alliage dur pour le prototypage.
Gravure chimique: la photolithographie + la gravure au NaOH produit des canaux à micro-échelle pour des plaques ultra-minces (≤ 0,5 mm).
3.2 Les dessins et modèles innovants
Canaux de flux bioniques: Les canaux en forme d'aileron de requin de Valeo améliorent la turbulence du liquide de refroidissement, augmentant le coefficient de transfert de chaleur de 15%.
Structures ramifiées: Les modules de batterie Tesla 4680 utilisent des plaques ramifiées latérales avec des sous-branches de 15 ° pour minimiser les différentiels de température.
4Les technologies de soudage: problèmes d'étanchéité et de résistance
4.1 brasage sous vide: production en série préférée
Principe: le remplissage de brasage en aluminium-silicone fond dans un four sous vide, liant les plaques du canal de débit et recouvrant métallurgiquement.
Avantages: Prend en charge des structures complexes de micro-canaux / nageoires (30% + gain d'efficacité); la construction en aluminium léger résiste à une pression de plus de 10 bar.
Cas: les plaques de batteries CATL CTP utilisent un brasage sous vide avec une déformation < 0,1 mm.
4.2 Soudage par mélange par friction (FSW): liant à haute résistance
Principe: Une broche tournante génère de la chaleur de frottement pour plastifier les matériaux, créant des soudures à l'état solide.
Avantages: la résistance à la soudure atteint plus de 90% du métal commun; écologique (pas de fil de remplissage / gaz de blindage).
Cas: les batteries BYD Dolphin utilisent du WFS pour lier les plaques et les boîtiers, et ont passé les tests de pression de 20 bar.
4.3 Processus hybride d'estampage et de brasage
Caractéristiques: Combine l'efficacité de l'estampage avec l'étanchéité par brasage; coût 40% inférieur à celui des pièces en fonte.
Applications: plaques de récipients de stockage d'énergie, dissipateurs de chaleur pour appareils ménagers.
4.4 Soudage au laser
Avantages: zone affectée par la chaleur minimale, résistance à la soudure de plus de 90%, aucune déformation/porosité; 5×10 fois plus rapide que les méthodes traditionnelles.
Applications: batteries de véhicules électriques, réfrigération industrielle, systèmes solaires.
5Traitement de surface et assurance qualité
5.1 Traitement de surface
Anodisation: l'anodisation à l'acide sulfurique (12 ‰ 18 V) crée des films d'oxyde de 5 ‰ 20 μm, une résistance à la corrosion 10 fois améliorée et une isolation améliorée (tension de rupture > 500 V).
Couche en PTFE: des couches de polytétrafluoroéthylène de 50 à 100 μm réduisent le coefficient de frottement à 0.1, réduisant au minimum la résistance au débit du liquide de refroidissement.
5.2 Épreuves en processus complet
Détection des fuites:
Spéctrométrie de masse de l'hélium (1×10−9 mbar·L/s): plaques de batteries de véhicules électriques, taux de fuite ≤ 0,1 cm3.
Épreuves hydrostatiques (1,5 fois pression de travail, 30 min de maintien): plaques de stockage d'énergie.
Qualité interne:
C-SAM ultrasonique (50 ‰ 200 MHz): détecte les défauts de brasage (vide > 5%) avec une résolution de 50 μm.
CMM (± 0,002 mm): vérifie les dimensions des canaux et la précision du contact des cellules.
Conclusion
La fabrication de plaques de refroidissement liquide intègre la science des matériaux, l'usinage de précision et les technologies de soudage avancées.chaque processus a une incidence directe sur les performances et la fiabilité du refroidissementÀ mesure que les demandes de gestion thermique à haute densité augmentent, des innovations telles que les canaux bioniques imprimés en 3D et les structures monolithiques FSW amélioreront encore l'efficacité tout en réduisant les coûts.
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