Simulación de fluidos

Utilice software de simulación para analizar el rendimiento térmico de disipadores de calor y placas frías

Escenarios de aplicación

Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

Escenarios de aplicación

Tecnología:Soldadura a medida de perfiles de aluminio

Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

El refrigerante circula a través de tuberías impulsadas por una bomba.Cuando el refrigerante fluye a través del intercambiador de calor dentro del servidor, intercambia calor con componentes de alta temperatura (como CPU, GPU, etc.) y lo elimina.

Lori is a heat sink manufacturer of design and manufacturing high power heat sink, we have provided innovative thermal solutions for many high power industry device such as Aerospace industry,Medical, Communication server, Consumer Electronics etc. Our solutions include high power heat pipe thermal mould, liquid cooling system, staked fin heat sink solution etc.

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Principio básico de la solución de refrigeración líquida: la refrigeración líquida utiliza líquido como refrigerante y utiliza el flujo de líquido para transferir el calor generado por los componentes internos del equipo de TI del centro de datos al exterior del equipo, de modo que los componentes de calefacción del equipo de TI puedan ser enfriado, garantizando así que la tecnología de TI para el funcionamiento seguro del equipo.

Ventajas de la refrigeración líquida: la refrigeración líquida tiene una eficiencia energética ultraalta, una densidad térmica ultraalta, puede disipar el calor de manera eficiente y no se ve afectada por la altitud, la región, la temperatura y otros entornos.

Solución de refrigeración líquida de placa fría de Walmate:El enfriamiento líquido con placa fría es un método que transfiere indirectamente el calor del dispositivo de calentamiento al líquido refrigerante encerrado en la tubería de circulación a través de una placa de enfriamiento líquido (generalmente una cavidad cerrada compuesta de metales conductores de calor como cobre y aluminio), y toma Elimina el calor a través del líquido refrigerante. Una forma de disipación de calor.La solución de refrigeración líquida de placa fría tiene la mayor madurez tecnológica y es una solución de aplicación eficaz para resolver la implementación de equipos de alto consumo de energía, mejorar la eficiencia energética, reducir los costos operativos de refrigeración y reducir el TCO.

El alto consumo de energía y la alta densidad son el futuro de los centros de datos, y la refrigeración líquida se convertirá en la solución de refrigeración principal para los servidores de IA.

Sugerencias de optimización de DFM

Ayudarle a reducir posibles errores y defectos en el proceso de producción y garantizar que el producto cumpla con los estándares de calidad requeridos por el diseño durante la producción

Escenarios de aplicación

Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

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Tecnología:Soldadura a medida de perfiles de aluminio

Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

●La popularidad de los modelos grandes y AIGC ha provocado un aumento en la construcción de centros de computación inteligentes y centros de potencia informática en varias regiones.

●Con el avance continuo de la política de "carbono dual", el país ha planteado requisitos más altos para el PUE del centro de datos.Como infraestructura central de TI, los servidores deben soportar múltiples presiones, como la disipación de calor y las "pruebas duales de energía de carbono".

●La potencia térmica del chip ha alcanzado el límite de la refrigeración por aire.La aplicación de la tecnología de refrigeración líquida en servidores se ha convertido en uno de los métodos preferidos.

Con la comercialización de una serie de productos AIGC, como modelos grandes, la demanda de servidores de IA aumentará rápidamente y la gran cantidad de chips de CPU y GPU de alta potencia aumentará el consumo de energía de todo el servidor de IA.

En términos de CPU, a medida que aumenta el número de núcleos, el rendimiento del procesador continúa mejorando, lo que hace que la potencia del procesador siga aumentando. En escenarios especiales (como la computación en la nube de alto rendimiento), los procesadores utilizarán overclocking para mejorar el rendimiento informático y aumentar aún más. consumo de energía.

En términos de GPU, algunos de los productos más recientes tienen un consumo máximo de energía de hasta 700 W, lo que ha superado las capacidades de disipación de calor de los sistemas tradicionales refrigerados por aire.

En el futuro, se espera que la densidad de potencia informática de los clústeres de IA alcance 20-50 kW/gabinete. La tecnología de refrigeración por aire natural generalmente solo admite micromódulos de 8-10 kW con conductos de aire frío y caliente aislados más aire acondicionado refrigerado por agua. para refrigeración horizontal tienen una caída significativa en el rendimiento de costos después de que la potencia del gabinete supera los 15 kW. Las capacidades y ventajas económicas de las soluciones de refrigeración y refrigeración se destacan gradualmente.

El refrigerante disipa el calor al ambiente a través del disipador de calor , manteniendo una baja temperatura y asegurando así un funcionamiento continuo y estable del servidor.

Pruebas de producto

Proporcionamos procedimientos de prueba personalizados para cumplir con los requisitos del cliente

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Condiciones de trabajo:Escenario de alto flujo de calor

Diseño de instalación:Instalación de un solo lado

Aplicación típica: Para ser personalizado por los clientes

Características: Buen efecto de disipación de calor

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Diseño e instalación:Refrigeración líquida inferior

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Características: Peso ligero y buen efecto refrescante

Abstracta: Las pilas de combustible de hidrógeno, también conocidas como pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), se utilizan ampliamente en estaciones de carga de vehículos eléctricos, automóviles y otras instalaciones de generación de energía debido a sus ventajas de alta eficiencia, cero emisiones y cero contaminación.Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno emiten entre 3 y 5 veces más calor que los vehículos de combustible tradicionales durante su funcionamiento.Este artículo presenta brevemente las tecnologías actuales relacionadas para la disipación de calor de las pilas de combustible de hidrógeno.

1-Cómo funcionan las pilas de combustible de hidrógeno

Las pilas de combustible de hidrógeno liberan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento, del cual el calor de reacción electroquímica representa aproximadamente el 55%, el calor de reacción electroquímica irreversible representa el 35%, el calor de Joule representa aproximadamente el 10% y el calor de condensación y diversas pérdidas de calor representan aproximadamente 5%.Las pilas de combustible de hidrógeno producen aproximadamente tanto calor como electricidad.Si no se disipa a tiempo, la temperatura dentro de la batería aumentará significativamente, afectando su vida útil.

2-Disipación de calor de la pila de combustible de hidrógeno

En comparación con los vehículos propulsados por combustible, los vehículos con pila de combustible de hidrógeno tienen un mayor poder calorífico y sistemas más complejos.Al mismo tiempo, debido a la limitación de la temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno, la diferencia de temperatura entre las pilas de combustible de hidrógeno y el mundo exterior es pequeña, lo que dificulta que el sistema de disipación de calor disipe el calor.La temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno tiene un impacto significativo en la resistencia al flujo de fluido, la actividad del catalizador, la eficiencia y la estabilidad de la pila, por lo que se requieren sistemas eficientes de disipación de calor.

La tecnología de refrigeración líquida es actualmente la tecnología principal utilizada en las pilas de combustible de hidrógeno en los automóviles.Su objetivo es reducir el consumo de energía de la bomba de agua al reducir la caída de presión del sistema, eliminar el exceso de calor en las celdas de combustible de hidrógeno con un consumo de energía mínimo y optimizar la distribución de los canales de flujo del fluido de trabajo en circulación para reducir las diferencias de temperatura interna y mejorar la uniformidad de la distribución de la temperatura de la batería.

El 90% del calor generado en las pilas de combustible de hidrógeno se elimina mediante el sistema de disipación de calor mediante conducción térmica y convección, mientras que el 10% del calor se disipa al ambiente externo mediante disipación de calor por radiación.Los métodos tradicionales de disipación de calor incluyen refrigeración por aire, refrigeración líquida y disipación de calor por cambio de fase.

3-Transferencia de calor en sistemas PEMFC

3.1Disipación de calor de la pila de baterías

Una vez que se genera calor dentro del PEMFC, el calor se transferirá entre varios componentes dentro del PEMFC y el ambiente externo.La transferencia de calor dentro de la pila de pilas de combustible depende principalmente de la resistencia térmica de cada componente y de la resistencia térmica de contacto entre los diferentes componentes.Dado que la capa de difusión de gas es un "puente" que conecta los principales componentes generadores de calor (electrodos de membrana) y los principales componentes disipadores de calor (placas bipolares), su resistencia térmica y su resistencia térmica de contacto con otros componentes tienen un impacto significativo en la transferencia de calor. rendimiento de transferencia dentro del PEMFC.Además, la resistencia de contacto térmico entre diferentes componentes puede tener un impacto significativo en la transferencia de calor interna de la pila de pilas de combustible.

3.2Transferencia de calor del refrigerante

Los métodos de enfriamiento para celdas de combustible incluyen enfriamiento por aire, enfriamiento por líquido y enfriamiento por cambio de fase.

Los factores que afectan la transferencia de calor del refrigerante incluyen el extremo de la pila de PEMFC, el propio refrigerante y el extremo del disipadores de calor.El refrigerante está en contacto directo con las placas bipolares al final de la pila de PEMFC, por lo que la estructura del canal de flujo de refrigerante tiene un impacto significativo en su transferencia de calor.Además, las propiedades del propio refrigerante también afectarán el proceso de transferencia de calor relacionado.Teniendo en cuenta la falta de espacio disponible, seleccionar un refrigerante con mayor capacidad calorífica puede reducir el tamaño del disipador de calor y mejorar el rendimiento de la gestión térmica del PEMFC.Por tanto, la necesidad de nuevos refrigerantes de alta eficiencia es cada vez más evidente.

Actualizaremos periódicamente la tecnología y la información sobre diseño térmico y peso ligero y las compartiremos con usted para su referencia. Gracias por su atención a Walmate.

     La tendencia a la miniaturización de los dispositivos electrónicos aumenta día a día. Al mismo tiempo, la demanda de más funciones y mayor rendimiento ha promovido aún más la reducción del tamaño de cada nivel de empaque, lo que resulta en un rápido aumento de la densidad de potencia.

      La miniaturización de equipos se basa originalmente en consideraciones de reducción de costos. Las soluciones térmicas aumentarán directamente el peso, el volumen y el costo del producto sin ningún beneficio funcional, pero brindan confiabilidad al producto.La disipación de calor eficaz es fundamental para el funcionamiento estable y la confiabilidad a largo plazo de los productos electrónicos al mantener las temperaturas de los componentes dentro de los límites especificados.

      Por un lado, el resultado de la miniaturización de los equipos es que el margen de diseño es cada vez más pequeño y la tolerancia al sobrediseño es cada vez menor.Por otro lado, la tendencia general hacia la miniaturización ha generado modelos geométricos cada vez más confusos y complejos, profundizando la estrecha integración de componentes mecánicos y electrónicos en los productos. El resultado es que el espacio de flujo se comprime enormemente, limitando así el alcance del calor por convección. disipación, lo que hace que la estructura del disipador de calor, el material central del diseño térmico, se haya vuelto más compleja.

El disipadores de calor es el componente de mejora de la disipación de calor más utilizado en el diseño térmico de equipos electrónicos. El principio de mejora es aumentar el área de intercambio de calor, la densidad del flujo de calor de la fuente de calor y los requisitos de temperatura de los componentes de calefacción. , el tamaño del espacio interno del producto, la instalación del disipadores de calor y el diseño de apariencia y otros requisitos.

El rendimiento del disipadores de calor se ve afectado por muchos factores, como el material, el tamaño geométrico, la planitud del fondo, la resistencia térmica, el tratamiento de la superficie, los métodos de instalación y fijación, y la temperatura y humedad del entorno de trabajo.

1. Material del disipadores de calor

Los principales materiales de los disipadores de calor son: aluminio, aleación de aluminio, cobre, hierro, etc.El aluminio es el elemento metálico más abundante en la naturaleza. Es liviano, tiene una fuerte resistencia a la corrosión y una alta conductividad térmica, lo que lo hace muy adecuado como materia prima para disipadores de calor.Agregar algunos metales al aluminio para formar una aleación de aluminio puede aumentar considerablemente la dureza del material.

El grafito tiene las propiedades de conductividad eléctrica y térmica de los materiales metálicos y, al mismo tiempo, tiene una plasticidad similar a la de los plásticos orgánicos y se utiliza además en electrónica, comunicaciones, iluminación y otros campos.

2.Tecnología de fabricación de disipadores de calor.

La tecnología de procesamiento del disipadores de calor incluye principalmente CNC, extrusión de aluminio, skiving, inserción de aletas, etc.

       Extrusión de aluminio: los disipadores de calor de extrusión de aluminio se fabrican calentando lingotes de aluminio a aproximadamente 460 °C, lo que permite que el aluminio semisólido fluya a través de una matriz de extrusión con ranuras a alta presión, y extruye la forma inicial del disipadores de calor, y luego corta y procesa más. El proceso de extrusión de aluminio no puede garantizar con precisión la planitud y otros requisitos dimensionales del disipadores de calor, por lo que generalmente requiere un procesamiento adicional en una etapa posterior.

Skiving: Los skiving se fabrican paleando tiras largas de placas de metal (generalmente aleación de aluminio o aleación de cobre) en un cierto ángulo para cortar el material en pedazos y enderezarlos con cortes repetidos para formar una estructura de aleta recta. proceso, la ventaja de los aletas es que puede procesar disipadores de calor con una mayor densidad de aletas y una mayor relación múltiple de altura de aletas.

Inserción de aletas: El procesamiento del disipadores de calor con forma de engranajes consiste en insertar los dientes en la placa base del disipadores de calor y utilizar soldadura con pegamento, soldadura fuerte o extrusión para conectar los dientes a la base; Muy importante, si no se maneja adecuadamente, se puede formar una cierta resistencia térmica de contacto, lo que afecta el rendimiento de disipación de calor del skived-fin disipadores de calor.

3. Tratamiento de la superficie del disipadores de calor      

Las aleaciones de aluminio se oxidan fácilmente en el aire (formando películas de óxido de aluminio), pero esta capa de óxido natural no es densa, tiene una resistencia a la corrosión débil y es propensa a la contaminación según requisitos como la estética, la resistencia a la corrosión y un rendimiento mejorado de disipación de calor; Los disipadores de calor metálicos requieren un tratamiento de superficie. Los procesos comunes de tratamiento de superficies incluyen: anodizado, chorro de arena, niquelado químico y pintura al horno, etc.

Anodizado: El principio de anodizado es esencialmente la electrólisis del agua. Se utiliza aluminio o aleación de aluminio como ánodo en una solución dieléctrica, y el proceso de utilizar la electrólisis para formar una película de óxido de aluminio en la superficie se denomina anodizado de aluminio o aleación de aluminio; Más tarde, la emisividad de la superficie del disipadores de calor aumentará y se mejorará la capacidad de disipación de calor de la radiación térmica. El anodizado puede mantener o cambiar el color del aluminio/aleación de aluminio, y los disipadores de calor son en su mayoría anodizados en negro.

Arenado: El arenado se refiere al proceso de utilizar aire comprimido como energía y utilizar el impacto del flujo de arena de alta velocidad para limpiar y raspar la superficie del disipadores de calor. A través del impacto y el efecto de corte en la superficie, este proceso no solo puede eliminar el. óxido en la superficie del disipadores de calor, etc. Se elimina toda la suciedad y la superficie del producto puede mostrar un brillo metálico uniforme.

Niquelado electrolítico: el niquelado electrolítico es un proceso de depósito de aleación de níquel de una solución acuosa sobre la superficie de un objeto. Se caracteriza por una alta dureza superficial, buena resistencia al desgaste, un recubrimiento uniforme y hermoso y una fuerte resistencia a la corrosión; El aluminio no se puede soldar directamente, por lo que se requiere niquelado no electrolítico antes de poder realizar la soldadura mediante soldadura y otros procesos.

Pintura para hornear: La pintura para hornear consiste en agregar un recubrimiento especial de alto rendimiento llamado teflón a la superficie del disipadores de calor a alta temperatura (280 ℃ ~ 400 ℃). Hace que la superficie del disipadores de calor sea antiadherente, resistente al calor y resistente a la humedad. resistente, resistente al desgaste y a la corrosión en comparación con el proceso tradicional de pintura en aerosol, la pintura horneada tiene ventajas en apariencia y conductividad térmica. Sin embargo, los disipadores de calor de tubos de calor son propensos a expandirse y deformarse debido a las altas temperaturas, por lo que el horneado a baja temperatura. La pintura debe usarse especialmente al hornear.

A medida que la potencia a procesar continúa aumentando, los disipadores de calor están comenzando a combinarse con tubos de calor, aletas y otros dispositivos para formar módulos de enfriamiento de mayor rendimiento, y han surgido disipadores de calor enfriados por agua con mayor eficiencia de disipación de calor.

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    Abstracto：El principal dispositivo de calefacción en el sistema de control electrónico de los vehículos de nueva energía es el inversor. Su función es invertir la energía CC de la batería en energía CA que puede accionar el motor. Durante este proceso, el IBGT del inversor generará mucho calor.Para resolver el problema de disipación de calor de estos dispositivos, este artículo presentará el principio de funcionamiento del inversor y la tecnología avanzada de refrigeración líquida.

1-Aplicación de 1-IGBT en el sistema de control electrónico de vehículos eléctricos

Como unidad de conversión de energía eléctrica que conecta la batería y el motor de accionamiento en vehículos de nueva energía, el sistema de control electrónico es el núcleo del control y accionamiento del motor.Como dispositivo que conecta baterías de alto voltaje y energía del motor y se convierte entre sí, el inversor es un convertidor responsable de convertir la energía CC (batería, batería de almacenamiento) en frecuencia fija y voltaje constante o voltaje y frecuencia regulada. -Corriente alterna regulada (generalmente 220V, onda sinusoidal de 50Hz), que garantiza la conversión de energía eléctrica de los vehículos de nueva energía.

El módulo de potencia IGBT en el inversor juega un papel muy importante en este proceso. El IGBT generará mucho calor durante el proceso de conversión de energía. Cuando la temperatura del IGBT supera los 150 °C, el IGBT no puede funcionar, por lo que se refrigera por aire o. Se requiere refrigeración por aire.La estabilidad térmica del funcionamiento de los IGBT se ha convertido en la clave para evaluar el rendimiento de los sistemas de propulsión eléctrica.

Además de los sistemas de control electrónico, los IGBT también se utilizan ampliamente en sistemas de control de aire acondicionado a bordo y sistemas de pilas de carga en vehículos de nueva energía:

Como componente técnico central de vehículos eléctricos y pilas de carga y otros equipos.El módulo IGBT representa casi el 10% del coste de los vehículos eléctricos y alrededor del 20% del coste de las pilas de carga, y su estabilidad térmica se ha convertido en la clave para evaluar el rendimiento del sistema de propulsión eléctrica.

2-Tecnología de refrigeración líquida IGBT

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1-Introducción

    Debido a su importante papel en el equilibrio del proceso de la red eléctrica y la mejora de la tasa de utilización de nueva energía, los sistemas de almacenamiento de energía se han convertido en la fuerza líder en la promoción del desarrollo y la transformación de la energía mundial.La tecnología es madura, el período de construcción es corto, la potencia y la energía se pueden configurar de manera flexible según las diferentes necesidades de la aplicación, la velocidad de respuesta de carga y descarga es rápida y se puede utilizar en una variedad de ocasiones.

Durante el proceso de carga y descarga del sistema de almacenamiento de energía, se generará calor. Si la disipación de calor no es buena, la temperatura de la batería será demasiado alta o la diferencia de temperatura de la batería será grande, lo que puede reducir su vida útil. y, en casos graves, pueden producirse problemas de seguridad, como fugas térmicas.

Este artículo, tomando como referencia un proyecto real, establece un modelo de simulación termo-fluido basado en las dimensiones reales de un paquete de baterías. Se analiza en detalle la distribución de presión, velocidad y temperatura en todo el sistema de enfriamiento, determinando la carga térmica del sistema y proporcionando sugerencias para optimizar la estructura de los canales de refrigeración líquida en la placa fría de la batería.

2-Resumen del proyecto

2.1 Información ambiental

2.2Información de especificación del dispositivo de fuente de calor 

2.3Silicona termoconductora

3-Modelo de disipación de calor

El paquete de baterías utiliza refrigeración líquida para disipar el calor y consta de 72 celdas de 280 AH y una placa de refrigeración líquida.Las dimensiones de la placa de refrigeración líquida son: largo 1570 mm, ancho 960 mm, alto 42 mm y 24 canales de flujo en su interior.El modelo de disipación de calor del paquete de baterías se muestra a continuación:

4-Resultados de la simulación en condiciones de entrada de agua de 8 l/min

La distribución de temperatura del núcleo de la batería es de 18,38-28,77 °C. Entre ellos, el rango de distribución de temperatura del núcleo de la batería de mayor temperatura es de 21,46-26,37 °C y el rango de distribución de temperatura del núcleo de la batería de menor temperatura es de 18,76-26,37 ℃Como se muestra en la Figura (a):

La distribución de temperatura de la placa de refrigeración líquida es de 18,00 a 21,99 ℃, como se muestra en la Figura (b):

La resistencia al flujo es de aproximadamente 17 KPa. El perfil de presión de la placa de enfriamiento de líquido es como se muestra en (c), y el perfil de velocidad de la placa de enfriamiento de líquido es como se muestra en (d):

5-Conclusión

En esta solución, la temperatura general está entre 18,38 y 28,77 ℃, la diferencia de temperatura entre el núcleo más alto y el más bajo de la batería es de 2,4 ℃ y la temperatura general de la placa de refrigeración líquida está entre 18,00 y 21,99 ℃. La uniformidad de la temperatura aún debe mantenerse. optimizarse y hay muchas áreas de alta temperatura.

Al comparar los perfiles de presión y velocidad de la placa enfriada por líquido, se puede ver que las áreas de alta temperatura de la placa enfriada por líquido se distribuyen principalmente en áreas con menor presión y velocidad.Combinado con la posición de disposición de las celdas de la batería, se puede ver que el margen de ancho de la placa de enfriamiento de líquido es grande. Se recomienda bloquear los dos canales de flujo más externos de la placa de enfriamiento de líquido o reducir adecuadamente el ancho del líquido. Placa de enfriamiento para lograr un mejor efecto de disipación de calor.

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Los automóviles y el almacenamiento de energía en baterías han ganado oportunidades de rápido desarrollo.

Su componente principal, la batería de energía, es una fuente de energía química que es altamente sensible a la temperatura y necesita funcionar en un ambiente de temperatura adecuada.Durante el proceso de carga y descarga de la batería, se generará una gran cantidad de calor debido a la impedancia interna.Además, la batería se encuentra en un entorno relativamente cerrado.Facilita la acumulación de calor, aumenta la temperatura e incluso provoca fuga térmica.Por lo tanto, un sistema de refrigeración de la batería eficiente y seguro se ha vuelto particularmente importante.

Actualmente, existen tres soluciones de refrigeración de baterías: refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración directa por refrigerante.

La estructura es relativamente simple y el costo es bajo, lo que lo hace adecuado para escenarios con pequeña capacidad de batería y baja presión de disipación de calor.

En términos de uso real, el medio líquido tiene un alto coeficiente de transferencia de calor, una gran capacidad calorífica y una velocidad de enfriamiento rápida, por lo que tiene un mejor efecto para mejorar la uniformidad de la temperatura de la batería.Las soluciones de refrigeración líquida son actualmente la solución principal.

La tecnología de enfriamiento directo de refrigerante puede mejorar aún más el efecto de enfriamiento de la batería, pero el diseño de temperatura uniforme del evaporador de la batería es una dificultad técnica.El requisito general es que la diferencia de temperatura entre las celdas de la batería en el sistema de batería no debe exceder los 5 °C (condiciones de refrigeración + condiciones de calefacción).En la actualidad, la refrigeración directa por refrigerante aún no se ha convertido en una solución de diseño convencional en la industria.

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    Los tres enfoques principales del desarrollo actual de vehículos de nueva energía (seguridad, peso ligero y confiabilidad) están estrechamente relacionados con el paquete de baterías, y la caja de la batería es el componente que soporta la carga del sistema de batería, lo que afecta la colisión y el consumo de energía del vehículo. El paquete de baterías e incluso todo el vehículo tienen un impacto significativo.

Estructura del paquete de baterías de vehículos de nueva energía

1.Seguridad del paquete de baterías

Como componente central del sistema trieléctrico de los vehículos de nueva energía, el paquete de baterías afecta directamente los principales indicadores de rendimiento de los vehículos de nueva energía y su seguridad a menudo determina la confiabilidad de todo el vehículo.Los paquetes de baterías de vehículos de nueva energía plantean enormes riesgos de seguridad durante las colisiones. La deformación por colisión provocará que los módulos internos de la batería provoquen cortocircuitos, circuitos abiertos, calentamiento frecuente, explosiones, etc., y el rendimiento anticolisión de la carcasa del paquete de baterías afecta directamente la seguridad. del sexo de los módulos de batería.

La clave para el diseño de seguridad del paquete de baterías es reducir el grado de daño al paquete de baterías durante una colisión. Por lo tanto, optimizar la trayectoria de transmisión de la fuerza de colisión del vehículo y mejorar el efecto protector de la carcasa del paquete de baterías son claves para el diseño.

En la actualidad, la tecnología de simulación se utiliza ampliamente. Al establecer un modelo de simulación del paquete de baterías, puede predecir los modos de falla en colisión, extrusión, impacto, caída y otras condiciones de trabajo, optimizar sistemáticamente la estructura de la carcasa del paquete de baterías y el tamaño de las piezas, y llevar a cabo. Seguridad del paquete de baterías multiobjetivo Optimizado para mejorar la seguridad.

2.Aligeramiento del paquete de baterías

La aplicación de acero de alta resistencia, acero de ultra alta resistencia, aleaciones de aluminio y materiales compuestos es un vínculo necesario para lograr el aligeramiento de los vehículos de nueva energía.Dado que la carcasa superior del paquete de baterías no se utiliza como protección y soporte, sino solo para sellado y protección contra el polvo, la carcasa superior está hecha principalmente de placas de acero, aleaciones de aluminio y materiales compuestos.La carcasa inferior del paquete de baterías desempeña principalmente la función de transportar toda la masa de la batería, resistir impactos externos y proteger el módulo de batería en el sistema de batería.Los principales procesos de preparación de las carcasas inferiores de los paquetes de baterías incluyen: perfiles de aluminio extruido + conformado por soldadura, placas de aluminio estampado + conformado por soldadura, aluminio fundido a presión + conformado por fundición.

Actualmente, los perfiles de aluminio extruido + conformado por soldadura es una solución de fabricación de carcasas inferiores comúnmente utilizada por las empresas nacionales, porque es menos difícil de preparar que las carcasas inferiores de aluminio estampado y tiene un tamaño de moldeo mayor que las carcasas inferiores de aluminio fundido a presión.

Battery Tray( Lower shell of battery pack)

Dado que el paquete de baterías y el chasis de los vehículos de nueva energía se encuentran en un área muy superpuesta, la integración y optimización de las estructuras del chasis y del paquete de baterías es muy importante para aligerar los vehículos de nueva energía.

La tecnología CTP generalmente ensambla paquetes de baterías a partir de celdas en módulos y luego instala los módulos en el paquete de baterías, omitiendo el enlace del módulo intermedio, e integra directamente las celdas en el paquete de baterías. componentes estructurales del vehículo.La tecnología CTP mejora eficazmente la utilización del espacio y la densidad de energía del paquete de baterías, así como la rigidez general del paquete de baterías.

La tecnología CTC es una versión avanzada de la tecnología CTP. Las celdas de la batería están integradas directamente en el marco del piso. La carcasa del paquete de baterías se utiliza como placas del piso superior e inferior. El asiento está conectado directamente a la cubierta superior del paquete de baterías. La tasa de utilización alcanza el 63%

La tecnología CTB es una versión mejorada de CTC. Conserva la estructura de la viga y la parte de soporte del asiento, y solo una parte de la placa inferior se reemplaza por la cubierta superior del paquete de baterías. La tasa de utilización del espacio aumenta al 66% y la estructura de la carrocería. más completo y seguro.

Modo de ensamblaje del paquete de baterías

3.Fiabilidad del paquete de baterías

El proceso completo de la carcasa de la batería desde su puesta en servicio hasta la falla por fatiga es el siguiente: Bajo la acción de cargas cíclicas, comienzan a aparecer microgrietas en la superficie de la carcasa. Estas microgrietas de fatiga locales se propagan gradualmente hasta que finalmente ocurre una fractura instantánea de la pieza.En particular, la junta de conexión de la caja del paquete de baterías es un área de falla por fatiga elevada.La simulación experimental y la optimización de la carcasa del paquete de baterías se han convertido en una forma general de mejorar el diseño de confiabilidad del paquete de baterías.

Según los requisitos de la industria, el sellado de la carcasa del paquete de baterías debe alcanzar el nivel IP6K7 y algunas empresas incluso deben alcanzar el nivel IP6K9K.Dado que la longitud de sellado de la carcasa del paquete de baterías es larga, generalmente de hasta varios metros, y la estructura del diseño de sellado es pequeña, se debe prestar especial atención a su rendimiento de sellado.

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1. Principios básicos de la soldadura por fricción-agitación (FSW)

Después de insertar el cabezal agitador giratorio de alta velocidad en la pieza de trabajo, se mueve a lo largo de la dirección de soldadura.El área de contacto entre el cabezal mezclador y la pieza de trabajo genera calor a través de la fricción, lo que suaviza la plasticidad del metal circundante debido al movimiento de la aguja mezcladora, suavizando la capa de metal que llena la cavidad detrás de la aguja mezcladora.

En la actualidad, la soldadura por fricción-agitación se utiliza principalmente para la conexión de aluminio, cobre, magnesio, titanio y otros medios o materiales diferentes.

2. Tecnología de la soldadura por fricción-agitación (FSW)

Cuando comience la soldadura: coloque el hombro giratorio de alta velocidad y la herramienta de agitación con protuberancias en forma de aguja en el área de soldadura de la pieza a soldar.Al mismo tiempo se pueden utilizar hombros de eje para evitar que el material se desborde en estado plástico.

Durante el proceso de soldadura: La resistencia por fricción entre el cabezal agitador y el material de soldadura genera calor por fricción, que ablanda el material y provoca deformación plástica, liberando energía de deformación plástica.Cuando el cabezal mezclador avanza a lo largo de la interfaz a soldar, el material termoplástico se transfiere desde la parte delantera a la trasera del cabezal mezclador y, bajo la acción de forjado del hombro del cabezal mezclador, se logra una conexión de fase sólida entre las piezas de trabajo. 

Al final de la soldadura: el cabezal mezclador gira para retirar la pieza.

Proceso de soldadura por fricción-agitación

3. Tecnología y características

Pequeña deformación: no es necesario fundir el material, el aporte de calor es bajo y la deformación es mínima;

Alta adaptabilidad: no afectado por la temperatura y la humedad ambiental, fuerte adaptabilidad;

Excelente rendimiento: la zona de soldadura forma una densa "estructura forjada" sin burbujas ni defectos de contracción;

Respetuoso con el medio ambiente y seguro: el proceso de soldadura no produce arco, humo, salpicaduras, etc., es seguro, ecológico y ecológico.

Ensayo de resistencia de uniones soldadas por fricción-agitación

En comparación con las soluciones de soldadura por fusión ordinarias, la soldadura por fricción-agitación tiene las siguientes ventajas destacadas:

• Pertenece a la tecnología de soldadura de estado sólido y el material de soldadura no se funde durante el proceso de soldadura;

• La calidad de las uniones soldadas es buena, las soldaduras tienen una estructura de forja de grano fino y no hay defectos como poros, grietas e inclusiones de escoria;

• No está limitado por la posición de la costura de soldadura y puede realizar diversas formas de soldadura de juntas;

• La eficiencia de la soldadura es alta y el conformado por soldadura en una sola pasada se puede lograr en un rango de espesor de 0,4 a 100 mm;

• La pieza de soldadura tiene baja tensión residual y pequeña deformación, lo que permite una soldadura de alta precisión;

• La junta tiene alta resistencia, buen rendimiento ante la fatiga y buena tenacidad al impacto;

• Bajo costo de soldadura, sin consumo de proceso de soldadura, sin necesidad de relleno de alambre ni gas protector;

• La operación de soldadura es simple y es fácil realizar una soldadura automatizada.

1. Aplicación de la tecnología de soldadura por fricción-agitación en la fabricación de bandejas para baterías

La aleación de aluminio tiene las ventajas de baja densidad, alta resistencia específica, buena estabilidad térmica, resistencia a la corrosión y conductividad térmica, no magnética, fácil de formar y alto valor de reciclaje. Es un material ideal para el diseño liviano de paquetes de baterías.

En la actualidad, la solución de bandeja de batería de aleación de aluminio y cubierta superior de plástico tiene un efecto liviano notable y ha sido adoptada por muchos fabricantes de automóviles.La bandeja de la batería adopta una solución de perfiles de extrusión de aluminio + soldadura por fricción-agitación + soldadura MIG. El costo integral de la aplicación es bajo, cumple con los requisitos de rendimiento y puede realizar la integración de canales de agua de circulación de batería refrigerados por agua.

Una bandeja de batería típica consta principalmente de un marco de perfil de aleación de aluminio y una placa inferior de perfil de aleación de aluminio, que se sueldan entre sí utilizando perfiles extruidos de 6 series, como se muestra en la siguiente figura:

Bandeja de batería de aleación de aluminio

Estructura y materiales de la sección transversal: 

el marco y la placa inferior están hechos de perfiles extruidos de aleación de aluminio. Los materiales suelen ser 6061-T6 (límite elástico 240 MPa, resistencia a la tracción 260 MPa), 6005A-T6 (límite elástico 215 MPa, resistencia a la tracción). 255 MPa) ) y 6063-T6 (propiedad productiva 170 MPa, capacidad de tracción 215 MPa).Considere qué marca específica elegir en función de factores como la complejidad de la sección, el costo y el consumo de herramientas.

Dificultad técnica:

El marco y la placa inferior son los soportes de los módulos de batería y requieren una gran resistencia.Por lo tanto, a menudo se elige una sección transversal de doble capa con una cavidad para garantizar la resistencia.El espesor de la placa base es generalmente de unos 10 mm y el espesor de la pared es de 2 mm.Los paneles de aluminio monocapa se utilizan con menos frecuencia.

Una sección transversal típica del marco consta de múltiples cavidades y está hecha de material 6061-T6 con un espesor de pared de 2 mm en su punto más delgado.

La sección transversal típica de la placa base consta de múltiples cavidades, incluida una protuberancia superior, que se utiliza principalmente para montar módulos de batería.El tamaño de la sección transversal es grande, el espesor es de solo 2 mm y el material es generalmente 6005A-T6.

Solución:

La placa base y la placa base, así como la placa base y el marco, están conectadas principalmente mediante soldadura por fricción-agitación.La resistencia de la soldadura puede alcanzar aproximadamente el 80% del material base.

El perfil de la placa inferior adopta juntas de soldadura por fricción-agitación, y las placas inferiores están soldadas con juntas a tope de doble cara.La soldadura de doble cara tiene alta resistencia y pequeña deformación.

Se forma una junta soldada por fricción-agitación de doble cara entre el marco y la placa base.Para reservar suficiente espacio para el cabezal mezclador, la longitud de extensión de la conexión entre el marco y la placa inferior debe ser lo suficientemente larga para evitar interferencias entre el marco y el cabezal mezclador, y para evitar aumentar el tamaño y la dificultad de extrusión del perfil del marco.Sin embargo, la soldadura de doble cara tiene las características de alta resistencia y pequeña deformación, que también son sus principales ventajas.

Actualizaremos periódicamente la tecnología y la información sobre diseño térmico y peso ligero y las compartiremos con usted para su referencia. Gracias por su atención a Walmate.

En los últimos años, ha habido una demanda creciente de extrusión de aluminio en la fabricación y el diseño de productos.Esto ha dado lugar a una mayor demanda de fabricantes de extrusiones de aluminio profesionales y fiables.Si no conoces este proceso de fabricación, estás en el lugar indicado.A lo largo de este artículo, analizaremos en detalle la extrusión de aluminio.

Guía de extrusión de aluminio

1-¿Qué es la extrusión de aluminio?

Este es un proceso que fuerza el material de aleación de aluminio a través de un molde mientras utiliza un perfil de sección transversal específico.El fabricante utiliza un potente punzón para sacar el aluminio del molde.Debido a una fuerte presión, el aluminio sale por la abertura del molde.

Cuando el aluminio sale por la parte frontal del molde, tiene la misma forma que el molde.Luego, una plantilla saca el aluminio.El proceso de extrusión de aluminio es fácil de entender, especialmente en un nivel básico.

Puedes relacionar la fuerza que empuja el aluminio a través del frente del molde con la fuerza que aprieta el tubo para sacar los ingredientes.Después de aplicar presión al tubo, el material dentro del tubo adquiere la misma forma que la abertura del tubo.

Entonces esto significa que la forma del aluminio dependerá de la apertura del molde.Para redondos, necesitarás aberturas redondas, para cuadrados, aberturas cuadradas, etc.

2-La forma a extruir

Puede ordenar sus formas extruidas en tres categorías diferentes.

a. Sólido

Una forma sólida no tiene aberturas cerradas ni huecos.Ángulos, vigas o varillas son ejemplos comunes que entran en esta categoría específica.

b. Hueco

Los huecos suelen tener uno o más huecos.Por ejemplo, tubos rectangulares o cuadrados.

c. Semihueco

Estas formas suelen tener huecos parcialmente cerrados.Por ejemplo, un canal "C" con un espacio estrecho.

Paso 3:Transferir la extrusión a la prensa de palanquillas

La extrusión es popular en una amplia gama de industrias, incluidas la energía, la aeroespacial, la electrónica, la automoción, la construcción y muchas otras.Al utilizar múltiples procesos de extrusión, es posible incluso lograr formas extremadamente complejas.

A continuación presentamos el proceso de extrusión de aluminio en diez pasos.

Paso 1:Preparación y movimiento de matrices de extrusión

En primer lugar, los fabricantes de extrusiones de aluminio utilizarán acero H13 para mecanizar moldes redondos.Por supuesto, algunos fabricantes ya tienen la forma deseada.En este caso simplemente lo sacan del almacén.

El molde debe precalentarse entre 450 y 500 grados centígrados.Esto no sólo ayuda a maximizar la vida útil del molde, sino que también garantiza un flujo uniforme del metal.Una vez precalentado el molde, se puede cargar en la extrusora.

Paso 2:Calentar lingotes de aluminio antes de la extrusión.

El siguiente paso es calentar el tocho de aluminio.Es básicamente un bloque sólido cilíndrico de aleación de aluminio.Los fabricantes extraen espacios en blanco de troncos más largos de material de aleación de aluminio.Debes meterlo en el horno para que se precaliente.La temperatura debe estar entre 400 y 500 grados centígrados.

Calentar el tocho no lo derretirá por completo.Sin embargo, lo hará lo suficientemente dúctil como para ceder durante la extrusión.

Paso 3:Transferir la extrusión a la prensa de palanquillas

Una vez que haya calentado el material en bruto como desee, se transferirá mecánicamente al extrusor.Sin embargo, es importante aplicar un agente desmoldante o lubricante a la pieza en bruto.Este paso debe realizarse antes de cargar el espacio en blanco en la prensa.

Además, es importante aplicar el mismo agente desmoldante al punzón de extrusión.Hacer esto asegura que el punzón y el espacio en blanco no se peguen.

Paso 4:Empuje el espacio en blanco en el contenedor

Después de transferir el blanco al extrusor, es hora de aplicar presión.El punzón ejercerá unos cientos, miles o incluso decenas de miles de toneladas de presión sobre la pieza en bruto falsificable.La aplicación de presión fuerza a la pieza en bruto a entrar en el recipiente del extrusor.

Este material se expande y llena gradualmente las paredes del recipiente.

Paso 5: El material extruido sale del molde.

Incluso después de que el material llena el recipiente, el émbolo sigue aplicando presión.Esto significa que el material ahora es empujado hacia la matriz de extrusión.Debido a la presión continua, el material de aluminio pasará a través de la abertura del molde.

Cuando sale de la abertura del molde, tiene exactamente la misma forma que la abertura del molde.Esto significa que, hasta ahora, has conseguido la forma que deseas.

Paso 6:Temple y envejecimiento

Un extractor atrapa el extruido cuando sale por la parte delantera del troquel.Este tirador se encarga entonces de guiarlo junto con la mesa de salto.La velocidad de la mesa coincidirá con la velocidad de salida del extrusor.

A medida que se mueve la plantilla, el perfil se apaga.Para garantizar su robustez, es necesario enfriarlo de manera uniforme.Puede utilizar un ventilador para enfriar por aire o por agua fría.

Paso 7:Corte por extrusión

Una vez que la extrusión ha alcanzado su longitud total de mesa, aún no es el momento de sacarla del proceso de extrusión.Para ello, los fabricantes utilizan sierras calientes.La sierra separa la extrusión específica del proceso de extrusión.

NOTA: La temperatura es un aspecto extremadamente importante del proceso de extrusión.Debe comprobarlo de cerca en cada etapa del proceso de extrusión.Incluso si apaga el extruido después de que sale de la prensa, todavía necesita tiempo para enfriarse por completo.

Paso 8:Enfriamiento de extrusión a temperatura ambiente

Una vez completado el corte, transfiera el extruido a una mesa de enfriamiento.Este proceso generalmente se lleva a cabo de forma mecánica.Ahora, los fabricantes esperan a que los perfiles alcancen la temperatura ambiente antes de trasladarlos a otra parte.

Es importante dejar que se estiren una vez que se hayan enfriado.

Paso 9:Mover estiramiento a camilla

En ocasiones, aparece algún tipo de distorsión en el perfil.Como fabricante profesional de extrusiones de aluminio, usted debe hacer este trabajo.Para resolver este problema, puede mover la extrusión del largo de un banco sobre la camilla.

Cada lado está sujeto por ambos lados.Se tirará mecánicamente hasta alcanzar las especificaciones requeridas.

Paso 10:Aserrado según especificaciones

Ahora que las extrusiones del largo del banco se han enfriado por completo y están rectas, es hora de transferirlas al banco de la sierra.Aquí, estas extrusiones se cortan a medida.

NOTA: Las propiedades de extrusión en esta etapa particular son similares a las del templado T4.Después del aserrado, las extrusiones se pueden envejecer a T5 o T6.Para ello hay que pasarlas a un horno de maduración.

5- Tratamiento post-extrusión

Una vez completada la extrusión, se puede mejorar el rendimiento del perfil tratándolo térmicamente.Para mejorar la apariencia final de las extrusiones, los fabricantes de extrusiones de aluminio utilizan diferentes tipos de acabado.

Para que las extrusiones alcancen sus dimensiones finales, deben pasar por diferentes procesos de procesamiento.

（a）Mejorar las propiedades mecánicas

Puede mejorar la resistencia a la tracción y la capacidad de carga de tensiones de las aleaciones de las series 7000, 6000 y 2000.Para obtener estas mejoras es importante colocar el perfil en el horno.Estos tratamientos térmicos llevarán la aleación a los requisitos de rendimiento T5 o T6.

（b）Mejora de la superficie

Los perfiles de aluminio se someterán a muchas operaciones de acabado.La mejora de la superficie no sólo mejora la apariencia general del aluminio, sino que también mejora la resistencia a la corrosión del aluminio.

Por ejemplo, cuando se anodiza aluminio, se produce la apariencia natural de una capa de óxido.Esto da como resultado un engrosamiento del metal.Además, el proceso mejorará la resistencia a la corrosión del perfil.Además, el metal se vuelve más resistente al desgaste.

Nuevamente, esto dará como resultado una superficie porosa, lo que significa que la superficie aceptará diferentes colores.La emisividad de la superficie también aumentará.

Hay algunos otros procesos de acabado disponibles.Como chorro de arena, recubrimiento en polvo, pintura, etc.

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