Récemment, l'éditeur a remarqué que de nombreuses entreprises s'intéressent au stockage d'énergie par refroidissement liquide par immersion et planifient ce type de stockage. Après une période de silence, la technologie du refroidissement liquide par immersion a de nouveau attiré l'attention et semble redevenir populaire. Je pense que de nombreux pairs prêtent également attention à cette évolution.

1- Caractéristiques de la technologie de refroidissement liquide par immersion

Les cellules de stockage d'énergie évoluent vers 300+Ah, et les systèmes de stockage d'énergie évoluent vers 5MWh+. Plus la cellule est grande, plus elle génère de chaleur, plus il est difficile de dissiper la chaleur et plus il est difficile d'assurer la cohérence de la température. De plus, le système de stockage d'énergie est composé d'un grand nombre de cellules empilées et les conditions de fonctionnement sont complexes et changeantes, ce qui est plus susceptible de provoquer une génération de chaleur inégale et une distribution de température inégale. Si les problèmes de dissipation de chaleur et d'uniformité de température ne sont pas correctement résolus, les performances de charge et de décharge, la capacité et la durée de vie de la batterie diminueront, affectant les performances de l'ensemble du système. De plus, la sécurité a toujours été l'« épée de Damoclès » suspendue au-dessus du stockage d'énergie des batteries au lithium, et le moyen le plus courant d'améliorer la sécurité est de s'orienter vers les trois dimensions de la sécurité intrinsèque, de la sécurité active et de la sécurité passive.

Le refroidissement liquide par immersion consiste à immerger la cellule de la batterie dans un liquide isolant, non toxique et dissipant la chaleur. Le liquide de refroidissement a une conductivité thermique et une capacité thermique spécifique plus élevées. Cette méthode de contact direct peut fournir une efficacité de transfert de chaleur extrêmement élevée tout en améliorant une meilleure uniformité de température. De plus, en plus d'être un moyen de contrôle de la température, le liquide de refroidissement peut également être utilisé comme fluide anti-incendie pour les systèmes de stockage d'énergie, combinant contrôle de la température et protection contre l'incendie, ce qui est également une caractéristique importante de la technologie de refroidissement par liquide par immersion. Le refroidissement par liquide par immersion présentera sans aucun doute plus d'avantages dans le contexte d'une industrie qui exige des performances de dissipation thermique plus élevées et une sécurité renforcée.

Figure 1 : Boîtier de batterie Pack à refroidissement liquide immersif

2- Solution de stockage d'énergie par refroidissement liquide immergé

En tant que branche de la technologie de refroidissement liquide, la technologie de refroidissement liquide par immersion n'est pas la première à être utilisée dans l'industrie du stockage d'énergie. Elle a été initialement utilisée dans le domaine du calcul haute performance, puis progressivement étendue aux centres de données, à l'intelligence artificielle, à la crypto-monnaie, etc.

L'intention initiale de la conception du système de stockage d'énergie par refroidissement liquide par immersion est de résoudre les lacunes du refroidissement par air traditionnel et du refroidissement liquide indirect en termes d'efficacité de refroidissement et de contrôle de la différence de température de la batterie. La mise en service officielle du projet Southern Power Grid Meizhou Baohu marque l'application réussie du refroidissement liquide par immersion, une technologie de pointe, dans le domaine de la nouvelle ingénierie de stockage d'énergie.

l Méthode de refroidissement et méthode de circulation du liquide de refroidissement

Les méthodes de refroidissement sont divisées en monophasé et à changement de phase. Le refroidissement liquide par immersion monophasé est utilisé, comprenant principalement de l'huile minérale, de l'huile de silicone, de l'ester naturel, etc. D'autres schémas utilisent le refroidissement liquide par immersion biphasé, principalement représenté par l'hydrofluoroéther, et utilisent la chaleur latente à changement de phase pour dissiper la chaleur et améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. Selon des statistiques incomplètes, le schéma de « refroidissement par immersion monophasé » est le plus courant parmi les systèmes de stockage d'énergie par refroidissement liquide par immersion actuellement commercialisés.

Selon la différence de mode de circulation du liquide de refroidissement, il existe trois voies techniques dans le refroidissement liquide par immersion monophasé : la convection naturelle, l'entraînement par pompe et le refroidissement liquide par plaque froide couplée par immersion. La convection naturelle utilise les caractéristiques de dilatation du volume du liquide et de réduction de la densité après chauffage pour obtenir la flottaison du liquide de refroidissement chaud et son affaissement après refroidissement, complétant ainsi la dissipation thermique par circulation ; le cœur du système d'entraînement par pompe est que l'unité de refroidissement liquide entraîne le liquide de refroidissement à circuler entre la canalisation de refroidissement liquide et le boîtier d'immersion de la batterie pour compléter l'ensemble du processus de dissipation thermique par circulation ; et dans le schéma de refroidissement liquide à plaques couplées par immersion, la batterie est immergée dans le fluide diélectrique, et la plaque froide en contact avec le fluide diélectrique est utilisée pour évacuer la chaleur, évitant l'utilisation de circuits secondaires complexes pour refroidir le fluide diélectrique.

l Forme du produit et solution d'intégration

L'itération de la solution d'intégration du système de stockage d'énergie refroidi par liquide par immersion est un processus allant de l'ensemble à la partie puis aux détails. Chaque étape est optimisée et améliorée sur la base de l'étape précédente pour obtenir des performances et une sécurité supérieures.

Du niveau de la cabine au niveau du pack, la technologie d'intégration du système présente les caractéristiques de la personnalisation de la scène. La diversification des scénarios de stockage d'énergie rend la demande de systèmes de stockage d'énergie différente. Un seul produit ne peut pas répondre à la demande du marché. La conception modulaire permet d'optimiser et d'étendre les produits de stockage d'énergie en fonction de l'échelle et de la demande de puissance du projet, ce qui permet d'ajuster et de déployer rapidement les solutions de stockage d'énergie en fonction de différents scénarios d'application et besoins.

3-Défis et scénarios de mise en œuvre dans le processus d'industrialisation

Les systèmes de stockage d’énergie refroidis par liquide immergés sont confrontés à de nombreux défis au cours du processus de commercialisation, notamment la faisabilité économique, la complexité technique, l’acceptation du marché et la maturité de la chaîne industrielle.

l Complexité technique : Comparés aux systèmes de refroidissement liquide à plaque froide, les systèmes de refroidissement liquide par immersion sont plus complexes à concevoir et à mettre en œuvre.

l Maturité de la chaîne industrielle : La chaîne industrielle de la technologie du refroidissement liquide par immersion n'est pas encore totalement mature, ce qui limite son application à un plus large éventail de domaines. La maturité de la chaîne industrielle affecte directement la promotion et la commercialisation de la technologie.

l Défis économiques : L'industrie du stockage d'énergie en est encore aux premiers stades de son développement commercial et le manque de rentabilité rend difficile la promotion des technologies à coût élevé par le marché. De nombreuses entreprises rivalisent avec des prix bas pour des commandes temporaires, ce qui limite la pénétration du refroidissement liquide par immersion.

À l'heure actuelle, le marché principal de l'industrie du stockage d'énergie est toujours dominé par le refroidissement par air et le refroidissement par liquide à plaque froide, et le refroidissement par liquide par immersion n'est pas encore pleinement accepté par le marché. Bien que la pénétration du marché et l'acceptation de la technologie de refroidissement par liquide par immersion ne soient pas élevées, elle peut ne pas montrer un potentiel considérable dans certains scénarios particuliers, tels que :

l Industrie des produits chimiques dangereux : les entreprises de produits chimiques dangereux appliquent des contrôles de sécurité extrêmement stricts sur les équipements de stockage d'énergie, car la plupart des produits chimiques qu'elles produisent et stockent sont hautement inflammables, explosifs, toxiques ou corrosifs. En cas d'accident, celui-ci entraînera non seulement de graves pertes pour l'entreprise elle-même, mais pourra également entraîner une pollution de l'environnement et des dommages aux communautés environnantes.

l Stations de base et centres de données : les stations de base et les centres de données ont une faible tolérance à l'emballement thermique. Les systèmes de stockage d'énergie des centres de données doivent disposer de batteries aux performances stables et ne sont pas sujets à l'emballement thermique pour garantir la sécurité du système. Les exigences en matière de qualité de l'énergie sont élevées et le système de stockage d'énergie doit avoir une capacité de réponse rapide. En cas d'urgence telle qu'une panne de réseau ou une coupure de courant, le système de stockage d'énergie doit pouvoir passer directement en mode décharge pour assurer la continuité et la stabilité de l'alimentation électrique.

l Station de charge rapide : lors d'une charge et d'une décharge à des vitesses élevées, la batterie génère une grande quantité de chaleur en peu de temps, ce qui entraîne une température trop élevée et inégale de la batterie, ce qui constitue une menace pour les performances, la durée de vie et la sécurité de la batterie. Cela signifie que la gestion thermique de la batterie devient particulièrement importante dans les scénarios de charge et de décharge à vitesse élevée.

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L'étanchéité à l'air du pack de batteries est un indicateur crucial dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Le test d'étanchéité à l'air du pack de batteries est principalement effectué sur la coque du pack de batteries, l'interface, le connecteur, l'ensemble de refroidissement, etc. pour garantir que l'intérieur du pack de batteries n'est pas contaminé ou envahi par des impuretés telles que la poussière et l'humidité de l'environnement extérieur, et que l'ensemble de refroidissement ne fuit pas, afin de garantir que le pack de batteries conserve des performances et une durée de vie normales, et ne provoque pas d'accidents de sécurité tels qu'un court-circuit ou une explosion.

1-Formulation standard des tests de niveau de protection et d'étanchéité des batteries

Norme de protection internationale (IEC60529), également connue sous le nom de niveau de protection contre les corps étrangers ou code IP. Le système de niveaux de protection IP (Ingress Protection) est une norme établie par la Commission électrotechnique internationale (IEC) pour classer le niveau de protection des boîtiers d'équipements électriques contre l'intrusion de corps étrangers et l'intrusion d'eau. Le niveau d'étanchéité à l'air du boîtier de la batterie doit généralement atteindre IP67 ou IP68, ce qui signifie que le boîtier de la batterie doit être complètement protégé contre la pénétration de poussière (niveau d'étanchéité à la poussière 6) et peut être immergé dans l'eau à une certaine pression pendant une période de temps sans pénétration d'eau à un niveau nocif (niveau d'étanchéité 7). Des exigences plus strictes prévoient que la batterie puisse être immergée dans de l'eau de 1 m de profondeur pendant 60 minutes sans pénétration d'eau (niveau d'étanchéité 8). Le niveau de protection IP se compose généralement de deux chiffres. Plus le nombre est élevé, plus le niveau de protection est élevé, comme le montre la figure 1 :

Figure 1 : Description du niveau de protection IP

Afin de garantir que le bloc-batterie répond aux exigences IP67 et IP68, le bloc-batterie doit être immergé dans l'eau. Cette méthode prend du temps, détruit le bloc-batterie et présente certains risques pour la sécurité. Elle ne convient pas comme test hors ligne pour les batteries d'alimentation. Par conséquent, il est devenu une pratique courante dans l'industrie d'utiliser des tests d'étanchéité à l'air pour garantir que le bloc-batterie répond aux exigences IP67 et IP68. La formulation des normes de test d'étanchéité à l'air doit prendre en compte la relation entre la valeur de chute de pression et le taux de fuite, ainsi que la relation entre l'ouverture et la fuite d'eau. La formulation des normes de test d'étanchéité à l'air implique une série d'étapes allant des extrêmes théoriques à la vérification expérimentale pour parvenir à la conversion du niveau IP aux normes de test d'étanchéité à l'air. Par exemple, en prenant l'IP68 comme exemple :

Figure 2 : Étapes de formulation des normes d'essai d'étanchéité à l'air

2- Sélection des méthodes d'essais d'étanchéité à l'air et analyse des difficultés d'essai

La conception et la qualité de fabrication du bloc-batterie sont des facteurs clés affectant l'étanchéité à l'air, notamment la solidité et la résistance du couvercle du boîtier de la batterie, l'étanchéité de la coque du bloc-batterie, les interfaces et les connecteurs, les évents antidéflagrants et l'étanchéité du connecteur électrique lui-même. De plus, certains problèmes affecteront l'étanchéité à l'air pendant l'utilisation, tels que les problèmes de dilatation et de contraction thermiques, le vieillissement du matériau, les vibrations et les impacts. Dans la production et la fabrication de coques de blocs-batteries, nous accordons plus d'attention à la mauvaise étanchéité à l'air causée par des problèmes tels que les points de soudure et la qualité des joints, tels que les points de soudure irréguliers, les soudures faibles ou fissurées, les entrefers et la mauvaise étanchéité des connexions de joint.

Le test d'étanchéité à l'air du bloc-batterie est principalement divisé en test d'étanchéité à l'air de la coque supérieure, de la coque inférieure et des pièces d'assemblage. Le test d'étanchéité à l'air des coques supérieure et inférieure doit répondre aux exigences de fuite d'étanchéité à l'air après l'assemblage. Lors de la sélection de la méthode de test d'étanchéité à l'air pour le bloc-batterie, les caractéristiques du bloc-batterie, les exigences de précision des tests, l'efficacité de la production et le coût sont généralement pris en compte de manière exhaustive.

En ingénierie, les tests de coque de batterie sont généralement divisés en tests d'étanchéité à l'air de processus et tests d'étanchéité à l'air d'expédition. De plus, les tests d'étanchéité à l'air des coques supérieure et inférieure doivent répondre aux exigences d'étanchéité à l'air après l'assemblage, ce qui impose des exigences plus strictes en matière de normes de test. Pour garantir que l'étanchéité à l'air répond aux exigences, les difficultés suivantes doivent être surmontées en fonctionnement réel :

l Stabilité de la structure du produit : la qualité des soudures, y compris les soudures en bouchon, les soudures au robinet, les soudures de poutre, les soudures de la plaque inférieure du cadre, les soudures des plaques de recouvrement avant et arrière du cadre, etc. Les problèmes de fuite de soudure sont principalement concentrés aux points de démarrage et de fin d'arc et les défauts causés par le brûlage ; les fissures causées par la contrainte de déformation de soudure, telles que le soudage des parois latérales de la cavité de la plaque inférieure, la stratification du matériau de la cavité de la plaque inférieure et l'incapacité à résister à la contrainte de déformation de soudure.

l Adaptabilité et stabilité des dispositifs de test étanches : la conception des dispositifs de test doit correspondre étroitement à la forme et aux dimensions des composants testés, garantissant que les composants peuvent être solidement fixés aux dispositifs de test pendant le processus de test, réduisant ainsi les erreurs de test causées par des décalages de position ou des vibrations. Cependant, dans la pratique, la taille et la forme des blocs-batteries varient considérablement, ce qui nécessite la conception et la fabrication de plusieurs dispositifs de test différents, ce qui augmente les coûts et la complexité opérationnelle. La conception d'un dispositif universel compliquerait encore davantage le processus de conception.

l Répétabilité des résultats des tests d'étanchéité à l'air : des facteurs tels que la pression de l'air, la température et la sécheresse de la pièce/du dispositif d'essai affecteront les résultats des tests d'étanchéité à l'air.

l Pour les pièces présentant de nombreuses petites fissures non pénétrantes, en raison de l'influence de facteurs tels que la précision de l'équipement de détection et les paramètres de détection, la source de fuite peut ne pas être découverte, ce qui entraîne une détection manquée.

Figure 3 : Outillage de test d'étanchéité à l'air

3-Combinaison de solutions de détection d'étanchéité à l'air des packs de batteries couramment utilisées en ingénierie

Le test d'étanchéité à l'air du processus de coque de la batterie comprend généralement un test d'étanchéité à l'air et un test d'immersion dans l'eau. Dans le test d'étanchéité à l'air, le couvercle supérieur du boîtier de la batterie est scellé, ne laissant qu'un port de connecteur comme entrée d'air. L'étanchéité à l'air de la batterie est jugée en contrôlant la pression d'air et en observant s'il y a des fuites d'air. Le test d'immersion dans l'eau consiste à immerger complètement l'ensemble du boîtier de batterie dans l'eau et à juger de son étanchéité à l'air en vérifiant s'il y a de l'eau dans le boîtier.

La détection des fuites d'hélium est une technologie qui utilise l'hélium comme gaz traceur pour détecter les fuites en détectant la concentration d'hélium au point de fuite. Lorsque l'hélium pénètre à l'intérieur ou à l'extérieur de l'appareil testé où il peut y avoir une fuite, s'il y a une fuite, l'hélium entrera ou s'échappera rapidement du système par la fuite et sera détecté par le spectromètre de masse. La méthode de détection des fuites d'hélium a une efficacité de détection élevée, en particulier pour détecter les petites fuites.

Figure 4 : Comparaison des méthodes de détection des fuites

En production réelle, plusieurs méthodes de détection sont généralement combinées pour améliorer l'efficacité et la précision de la détection. Par exemple, la méthode de détection des fuites à l'hélium convient à la détection de fuites de haute précision et de petite taille, tandis que la méthode de pression différentielle présente les caractéristiques d'une haute précision et d'une réponse rapide. De plus, bien que la méthode traditionnelle de détection de l'eau ait une faible précision de détection, elle est intuitive et peu coûteuse, et constitue un moyen pratique de localiser les fuites.

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La défaillance potentielle de l'étanchéité au liquide du pack de refroidissement liquide de stockage d'énergie implique de multiples aspects, tels que : les fuites, la corrosion et le dépôt, l'eau de condensation et d'autres modes de défaillance.

1- Interconnexion et composition des fluides

Dans le système de refroidissement liquide de stockage d'énergie, l'interconnexion des fluides est responsable du transfert du liquide de refroidissement entre les différents composants. Grâce à une interconnexion efficace des fluides, le liquide de refroidissement circule efficacement dans le système, éliminant ainsi l'excès de chaleur généré pendant le processus de charge et de décharge de la batterie.

Un système bien scellé peut empêcher efficacement les fuites de liquide de refroidissement. Les fuites entraîneront non seulement une perte de liquide de refroidissement et nécessiteront un réapprovisionnement fréquent, mais affecteront également les performances de dissipation thermique et la stabilité du système. Dans le stockage d'énergie, les fuites de liquide de refroidissement peuvent également provoquer un court-circuit de la batterie, ce qui entraîne des problèmes de sécurité.

2-Conception étanche du système d'interconnexion des fluides

La conception étanche du système d'interconnexion de fluides est le lien clé pour garantir que le système maintient l'étanchéité et empêche les fuites de fluide dans diverses conditions de fonctionnement.

Figure 1 : Déploiement typique d'un système de refroidissement liquide de stockage d'énergie

(1) Analyser les sources de fuite possibles et les points de risque dans le système :

l La propriété d'auto-étanchéité de l'ensemble de refroidissement liquide. Par exemple, dans la conception intégrée du système de canaux de refroidissement liquide et du boîtier d'emballage, les composants sont reliés par soudage. Les défauts de qualité de soudage, les soudures médiocres, les pores, les fissures, etc. peuvent tous entraîner des problèmes d'infiltration de liquide.

l La conception structurelle est déraisonnable. Par exemple, les trous de positionnement ou les trous filetés du boîtier de refroidissement liquide sont trop proches du canal d'écoulement et les pièces mal soudées peuvent facilement devenir des canaux d'infiltration de liquide.

l Pièces de raccordement : Les raccords de tuyaux, les vannes et les joints du système de refroidissement liquide sont des points de fuite courants. Si la structure de raccordement n'est pas conçue correctement ou si le processus de fabrication n'est pas sophistiqué, de minuscules défauts se forment à l'intérieur des joints et le liquide de refroidissement peut également fuir à partir de ces défauts.

l Fuite causée par une mauvaise installation, le vieillissement ou l'endommagement du matériel, etc.

(2) Conception de la structure d'étanchéité :

l Le PACK refroidi par liquide utilise une méthode de refroidissement par plaque froide séparée sèche-humide. Dans des conditions de fonctionnement normales, les cellules de la batterie n'ont aucun contact avec le liquide de refroidissement, ce qui peut assurer le fonctionnement normal des cellules de la batterie. Une solution pour le refroidisseur liquide de stockage d'énergie consiste à le former par un processus d'extrusion, à intégrer le canal d'écoulement directement sur la plaque froide, puis à utiliser un traitement mécanique pour ouvrir le chemin de circulation du refroidissement. Dans ce processus, le choix du bon procédé de soudage est une étape importante pour assurer l'étanchéité. Pour plus de détails, veuillez vous référer à « Conception du procédé de soudage pour le boîtier inférieur pour le stockage d'énergie ».

l Les conduites de refroidissement liquide sont principalement utilisées pour les raccordements de tuyaux souples (rigides) de transition entre les sources de refroidissement liquide et les équipements, entre les équipements et entre les équipements et les conduites. Les principales méthodes de raccordement sont les suivantes :

Connexion rapide : L’une des méthodes de connexion pour les systèmes de refroidissement liquide de stockage d’énergie consiste à utiliser une connexion rapide VDA ou CQC.

Connexion filetée : les deux extrémités de la structure de connexion sont connectées de manière coulissante aux tuyaux, et la connexion filetée entre la bague filetée interne et le manchon fileté augmente la fermeté de la connexion.

Raccordement du tube de limitation et de l'écrou : un tube de raccordement est serré à une extrémité du tube et des tubes de limitation sont installés de manière fixe des deux côtés du tube de raccordement. Des rondelles en caoutchouc et des bagues convexes sont installées de manière fixe à l'intérieur des tubes de limitation et une rainure de bague de limitation est ouverte sur la surface de la tête du tube de raccordement. Un écrou est relié de manière rotative au sommet du tube de limitation et est relié de manière rotative au tube de limitation par des filetages.

Connexion de bague d'étanchéité : une bague d'étanchéité est collée à la paroi intérieure du manchon fileté par une colle forte, et la paroi intérieure de la bague d'étanchéité est reliée de manière mobile à la surface extérieure du tuyau pour éviter les fuites pendant l'utilisation.

(3) La plaque de refroidissement liquide PACK, l'interface de cabine, la tuyauterie de cabine, etc. sont toutes conçues avec une protection anticorrosion à long terme dans des conditions de liquide de refroidissement, de température et de débit communes pour assurer un fonctionnement à long terme sans corrosion. Effet des conditions de fonctionnement sur l'étanchéité au liquide :

l Température. Influence de la température élevée : lorsque la température augmente, la viscosité du liquide diminue généralement, ce qui peut entraîner une diminution des performances d'étanchéité du liquide, affectant ainsi l'étanchéité du liquide. Par exemple, certains matériaux d'étanchéité peuvent se déformer ou se détériorer à des températures élevées, provoquant des fuites. Influence de la basse température : dans un environnement à basse température, le liquide peut devenir visqueux, augmentant la difficulté d'écoulement, mais il peut également améliorer les performances du matériau d'étanchéité, améliorant ainsi l'étanchéité du liquide dans une certaine mesure.

l Pression. Environnement haute pression : sous haute pression, la densité et la viscosité du liquide peuvent augmenter, améliorant ainsi les performances d'étanchéité du liquide. Cependant, une pression excessive peut également endommager le matériau d'étanchéité et provoquer des fuites. Environnement basse pression : sous basse pression, les performances d'étanchéité du liquide peuvent être relativement faibles, en particulier si le matériau d'étanchéité lui-même est défectueux ou vieilli, il est plus susceptible de fuir.

l Débit. Débit élevé : lorsque le liquide s'écoule à grande vitesse, il peut produire une force d'impact importante sur la surface d'étanchéité, provoquant une usure ou une déformation du matériau d'étanchéité, affectant ainsi l'étanchéité du liquide. Faible débit : à faible débit, les performances d'étanchéité du liquide sont relativement bonnes, mais cela peut également masquer certains problèmes d'étanchéité potentiels tels que des défauts mineurs du matériau.

3-Problèmes de corrosion et de dépôt

l L'impact du blocage sur l'étanchéité à l'air :

Le liquide de refroidissement, les dépôts ou la croissance de la chaudière peuvent provoquer des blocages internes, un mauvais débit de liquide de refroidissement et une efficacité de refroidissement réduite.

Encrassement et tartre : les minéraux présents dans le liquide de refroidissement peuvent former des dépôts sur la paroi intérieure du tuyau après un fonctionnement à long terme, ce que l'on appelle « tartre ». L'encrassement peut également se former en raison de la précipitation de particules solides, de la cristallisation, de la corrosion ou de l'activité microbienne. Ces saletés obstruent les tuyaux et les plaques froides, augmentent la résistance à l'écoulement et réduisent l'efficacité du transfert de chaleur.

Problème de mousse : de la mousse peut se former dans le système de refroidissement liquide. La mousse adhère à la surface de la plaque froide, ce qui entraîne une diminution de l'effet de transfert de chaleur et peut augmenter la résistance au fonctionnement du système, provoquer une corrosion par cavitation de la pompe, etc., et endommager l'équipement.

l L'influence des courants de Foucault sur l'étanchéité à l'air :

Lorsqu'un fluide s'écoule dans un tuyau ou un espace, les changements de vitesse peuvent provoquer la formation de tourbillons, en particulier lorsque le fluide traverse des parties étroites ou des obstacles, des tourbillons sont plus susceptibles de se former. La viscosité et la densité du fluide affectent également la génération de tourbillons. Les fluides ayant une viscosité plus élevée sont plus susceptibles de former des tourbillons, tandis que les fluides ayant une densité plus élevée peuvent affaiblir la formation de tourbillons.

Chemins de fuite : les courants de Foucault forment des tourbillons sur les surfaces de contact, qui peuvent former de minuscules chemins de fuite dans des espaces ou des surfaces irrégulières, entraînant une fuite de gaz ou de liquide.

Usure de surface : l'écoulement tourbillonnaire peut provoquer l'usure des surfaces de contact, en particulier dans des conditions d'écoulement à grande vitesse. Cette usure peut réduire encore davantage l'étanchéité à l'air, car les surfaces usées sont plus susceptibles de former de nouveaux canaux de fuite.

Effets thermiques : Le flux de courants de Foucault génère de la chaleur, ce qui peut provoquer une déformation ou une dilatation thermique du matériau de la surface de contact, affectant ainsi l'étanchéité à l'air, en particulier dans les systèmes soumis à de grandes variations de température.

4-Problème d'eau de condensation

Français Dans certaines conditions, de la condensation peut se former dans les conduites de refroidissement liquide, ce qui peut endommager l'équipement ou réduire l'efficacité. Défaillance de l'isolation : Si le matériau isolant du tuyau est endommagé ou vieilli, de la chaleur sera perdue et l'effet de refroidissement sera affecté. En particulier dans les environnements à basse température, une défaillance de l'isolation peut provoquer la formation de givre ou de glace à la surface du tuyau. Fissuration par le gel : Dans les environnements froids, si des mesures antigel appropriées ne sont pas prises, le liquide de refroidissement dans les tuyaux peut geler et provoquer la rupture des tuyaux.

Solutions

l Mesures d'étanchéité : Assurez-vous que l'entrée et la sortie du tuyau de refroidissement liquide sont complètement bloquées pour empêcher l'air humide extérieur de pénétrer dans le compartiment de la batterie.

l Équipement de déshumidification : Installez un climatiseur déshumidifiant ou utilisez la fonction de déshumidification pour maintenir l'humidité dans le compartiment de la batterie dans une plage appropriée.

l Contrôle de la température : En installant des systèmes de climatisation ou de ventilation, la température et l'humidité de l'environnement dans lequel se trouve l'armoire de stockage d'énergie peuvent être contrôlées. Par exemple, la température peut être maintenue à 20-25 degrés Celsius et l'humidité relative peut être contrôlée à 40-60 %.

l Isolation measures: Simple isolation of empty battery racks to prevent moisture from entering the compartment containing the battery cluster.

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La conception entièrement étanche du pack de stockage d'énergie est la clé pour assurer sa sécurité et son fonctionnement stable à long terme. L'étanchéité consiste essentiellement à utiliser un dispositif pour fermer (sceller) un espace ou rendre un joint étanche. La conception entièrement étanche peut empêcher efficacement les fuites de liquide et de gaz à l'intérieur de la cellule de batterie, ce qui est essentiel pour assurer le fonctionnement sûr et stable du système de stockage d'énergie. Par conséquent, lors de la conception, l'étanchéité à l'air et l'étanchéité du milieu liquide doivent être prises en compte.

En fonctionnement réel, la conception de l'étanchéité du pack de stockage d'énergie doit prendre en compte de manière exhaustive de nombreux facteurs tels que les matériaux, les processus, les équipements de test, les conditions environnementales et les processus de fabrication pour garantir que ses performances d'étanchéité peuvent répondre aux normes attendues. Cet article explique la pratique d'application et les points clés de la conception de l'étanchéité du pack de stockage d'énergie dans l'ingénierie réelle sous les aspects de l'étanchéité à l'air du boîtier du pack, de l'étanchéité au liquide du cycle de refroidissement liquide et du fluide de refroidissement liquide.

Partie supérieure : Conception de l'étanchéité du boîtier de pack de stockage d'énergie

La conception de l'étanchéité permet de maintenir la température et la pression à l'intérieur du bloc de stockage d'énergie stables, ce qui joue un rôle clé dans le fonctionnement normal et les performances de la batterie. De plus, la conception de l'étanchéité peut réduire l'impact de l'environnement externe sur la batterie interne, comme l'humidité, la poussière et d'autres polluants, etc., améliorant ainsi la fiabilité et la durée de vie du système. De plus, l'utilisation de matériaux et de structures d'étanchéité appropriés peut améliorer efficacement la résistance à l'usure et au vieillissement des joints, améliorer la durabilité de l'ensemble du système de stockage d'énergie et réduire les coûts de maintenance.

L'idée générale de la conception étanche à l'air est d'analyser la structure de la boîte pour découvrir les zones clés où des fuites peuvent exister, puis de prendre des mesures ciblées en fonction des performances spécifiques et des exigences fonctionnelles des différentes zones.

1-analyse de la structure de la boîte

Le boîtier n'est pas seulement le support physique des modules de batterie et des composants électriques, mais aussi une garantie importante pour le fonctionnement sûr et fiable de l'ensemble du système de stockage d'énergie. Il s'agit du « squelette » du pack de stockage d'énergie, qui est généralement composé d'un couvercle supérieur, d'un boîtier inférieur, de composants de support, de pièces d'étanchéité et de boulons, etc.

Figure 1 : Schéma du boîtier de stockage d'énergie et zones clés sur lesquelles se concentrer dans la conception de l'étanchéité (par exemple, indiquées par des flèches rouges)

Comme le montre la figure ci-dessus, déterminez où des fuites potentielles peuvent se produire :

l Points de connexion de plusieurs pièces, tels que : l'interface d'assemblage entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur, l'interface d'installation entre les connecteurs haute et basse tension et le boîtier, l'interface d'installation entre les composants exposés et le boîtier de batterie, etc.

l Si des boulons sont utilisés pour la connexion, il peut également y avoir un risque de fuite au niveau du point d'installation et de fixation, comme l'interface électrique et l'interface d'installation du panneau avant du boîtier.

l Il ne doit y avoir aucun trou ni espace dans le couvercle supérieur et le corps inférieur de la boîte pour assurer l'étanchéité et les performances de protection de la boîte.

Figure 2 : Boîtier inférieur de refroidissement liquide par immersion (cadre en tôle + plaque inférieure de refroidissement liquide en aluminium)

2- Conception d'étanchéité de l'interface d'installation entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur

Le couvercle supérieur peut généralement être divisé en deux types : type plat et type de forme spéciale. Leurs caractéristiques structurelles sont également différentes. Par exemple, matériau composite SMC, aluminium, quel que soit le matériau, afin de réduire la complexité de la structure auto-obturante, le couvercle supérieur de la coque de la batterie Le couvercle est généralement de conception monobloc. De plus, les exigences d'ouverture du couvercle supérieur doivent également répondre aux exigences de l'interface et doivent être indépendantes de l'interface d'étanchéité pour réduire l'impact sur l'étanchéité du bloc-batterie. La conception du joint du couvercle supérieur suit généralement les principes suivants :

l La conception des pièces intégrées est adoptée pour éviter la conception de pièces séparées, garantissant ainsi la stabilité des performances « auto-obturantes » du couvercle supérieur.

l Les trous de positionnement et les dispositifs de positionnement sont conçus sur le bord du couvercle supérieur (à l'extérieur de l'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le plateau inférieur).

l L'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le corps inférieur du boîtier nécessite une surface correspondante pour répondre aux exigences d'étanchéité « uniforme » et « continue ».

Actuellement, les solutions courantes pour le boîtier inférieur du pack de stockage d'énergie sont : boîtier en tôle + plaque de refroidissement liquide, boîtier moulé sous pression + plaque de refroidissement liquide, boîtier intégré profilé, boîtier intégré moulé sous pression, etc. Parmi elles, le boîtier intégré profilé et d'autres solutions En revanche, il présente les avantages d'une bonne capacité portante du canal d'écoulement et d'un faible coût d'ouverture du moule, et est largement utilisé. Le choix du procédé de soudage a une grande influence sur les performances d'étanchéité. Pour les soudures de différents matériaux et épaisseurs, le choix d'une méthode de soudage appropriée peut améliorer efficacement la qualité de la soudure pour garantir la résistance globale et les performances d'étanchéité du système.

De plus, la conception de l'étanchéité du boîtier inférieur doit suivre les principes d'étanchéité suivants :

l Pour la construction du cadre, on utilise des profilés à section fermée et au niveau des joints, on utilise une technologie de connexion linéaire auto-étanche, telle que la technologie de soudage CMT.

l Les plateaux de batteries constitués de profilés en aluminium doivent être conçus avec une ou plusieurs couches continues de colloïde d'étanchéité.

l Dans le cas d'une plaque de refroidissement liquide intégrée dans le boîtier inférieur, il est nécessaire d'envisager l'utilisation de joints colloïdaux ou de technologies de connexion linéaire auto-obturantes, telles que la technologie de soudage par friction-malaxage FSW.

l L'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le corps inférieur du boîtier doit être dotée d'une surface adaptée pour répondre aux exigences d'étanchéité « uniforme » et « continue ». Si nécessaire, l'interface d'étanchéité doit être usinée et polie.

Figure 3 : Formes d'étanchéité courantes entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur

Habituellement, le couvercle supérieur et le boîtier inférieur du boîtier de stockage d'énergie adoptent une conception à bride courbée et à joint d'étanchéité, comme illustré dans la figure 2. Le couvercle supérieur, le corps du boîtier inférieur et le joint d'étanchéité sont entièrement compactés et couplés par des boulons de fixation pour garantir que le boîtier de stockage d'énergie répond aux exigences pertinentes de l'IP67.

3- Conception d'étanchéité des interfaces électriques et de communication et de l'interface d'installation du panneau avant du boîtier inférieur

Le panneau avant du boîtier (comme illustré dans la figure 3) est usiné avec des trous sur le profil extrudé pour l'installation d'interfaces électriques et de communication afin de réaliser des fonctions telles que la transmission de courant, l'interaction de communication et le contrôle de sécurité.

Figure 4 : Interface électrique, interface de communication et interface d'installation du panneau avant de l'armoire inférieure

L'étanchéité à l'air de l'interface d'installation entre le boîtier et les interfaces électriques, de communication et autres doit suivre les principes suivants :

l La forme de l’interface est conçue pour être profilée afin de réduire la possibilité d’accumulation et de pénétration de gaz et de liquide à l’interface.

l L'alignement précis évite les écarts causés par un mauvais alignement des interfaces lors de l'installation.

l Pré-sceller l'interface avant l'installation et ajouter des tampons anti-vibrations ou des produits d'étanchéité pour améliorer l'effet d'étanchéité initial ou réduire les défaillances d'étanchéité causées par les vibrations.

De plus, en termes de sélection des fixations, des fixations à haute résistance et à couple élevé sont utilisées et elles sont serrées plusieurs fois pendant le processus d'installation pour assurer l'étanchéité de l'interface. Par exemple, si un écrou à souder bout à bout est utilisé, sa caractéristique est qu'il peut être directement connecté au trou de paroi de la partie connectée (le panneau avant du boîtier) pour le soudage bout à bout. Cette conception structurelle peut améliorer considérablement l'étanchéité à l'air de la partie de connexion.

Figure 5 : Utilisation d'écrous soudés bout à bout pour augmenter l'étanchéité à l'air

4-Choix des joints d'étanchéité

La conception et la sélection des joints sont essentielles car elles affectent directement la fiabilité et la durée de vie du système. Voici les facteurs clés à prendre en compte lors de la conception et de la sélection des joints pour les systèmes de refroidissement liquide de stockage d'énergie :

l Le matériau d'étanchéité doit avoir une certaine compatibilité chimique et de pression et être capable de résister à la plage de températures de fonctionnement du système, y compris les environnements à haute et basse température. Le choix du matériau du joint dépend de l'environnement d'utilisation et des exigences de durée de vie. Les matériaux d'étanchéité courants comprennent le caoutchouc, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le nylon, le métal, etc.

l Absence de fuite : le joint doit pouvoir s'adapter à la légère déformation qui peut survenir dans le système pendant le fonctionnement afin de garantir une bonne étanchéité dans diverses conditions de travail. En général, la déformation du joint doit être supérieure à 30 % et inférieure à 60 %, et la pression de l'interface d'étanchéité doit être supérieure à 30 kPa.

Nous mettrons régulièrement à jour les informations et technologies relatives à la conception thermique et à l’allègement. Merci de votre intérêt pour Walmate.

Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

SIMULATION FLUIDE

Utilisation de logiciels de simulation pour analyser les performances thermiques des radiateurs et des plaques froides.

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

Dans un système de refroidissement liquide, les plaques froides sont placées directement au fond de la batterie ou insérées dans les espaces entre les batteries. Après avoir circulé dans le système de refroidissement, le liquide de refroidissement est refroidi par l'échangeur de chaleur puis renvoyé dans le système.

L'enveloppe du pack de batteries en aluminium est principalement composée d'un cadre en profilés d'aluminium et d'une plaque de base en profilés d'aluminium, construite à partir de profilés extrudés de la série 6 qui sont soudés ensemble. Pour garantir la résistance des soudures et l'étanchéité, on choisit souvent le soudage par friction-malaxage, qui présente de faibles déformations. Les éléments standards généralement adaptés aux profilés en aluminium incluent des inserts filetés en acier, des écrous à sertir et des écrous à riveter. À l'exception des pièces standard, le reste est composé à 100 % d'alliage d'aluminium. La coque présente une résistance élevée, un poids léger et une bonne résistance à la corrosion.

Les véhicules à nouvelle énergie désignent des voitures qui utilisent des carburants de véhicule non conventionnels comme source d'énergie (ou utilisent des carburants de véhicule conventionnels avec de nouveaux systèmes de propulsion embarqués), intégrant des technologies avancées dans le contrôle de la puissance des véhicules et la conduite. Ils reposent sur de nouvelles technologies et structures qui incarnent des principes techniques avancés.

SUGGESTIONS D'OPTIMISATION DE LA DFM

Help reduce potential errors and defects throughout the production process, ensuring that the product meets the quality standards required by the design.

Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

Utilisation des énergies propres:

Le climat, l'environnement, les ressources et l'énergie sont étroitement liés à l'économie nationale et au bien-être des citoyens. Traiter ces questions connexes détermine si la société humaine peut parvenir à un développement durable. Sous la pression des pénuries d'énergie et de la pollution environnementale, les véhicules à batteries de stockage d'énergie et les véhicules à hydrogène ont devenu les principales orientations du développement de l'industrie des véhicules à nouvelle énergie.

Légèreté automobile:

Considérant que 75 % de la consommation d'énergie est liée au poids des véhicules, la légèreté est un moyen technologique important pour économiser de l'énergie, réduire la consommation et augmenter l'autonomie des véhicules à nouvelle énergie. La conception légère est l'un des principaux facteurs moteurs pour réduire la consommation d'énergie des véhicules aujourd'hui. L'utilisation de nouveaux matériaux légers, l'optimisation des structures et l'amélioration des procédés sont des voies clés pour réaliser la légèreté automobile.

Gestion thermique:

Pour les véhicules électriques à stockage d'énergie, la gestion thermique deviendra une technologie clé pour réaliser une charge rapide et améliorer l'autonomie. n ce qui concerne les véhicules à hydrogène, la gestion de l'eau et de la chaleur est une technologie essentielle dans le développement des systèmes de propulsion à hydrogène, ayant une influence déterminante sur les performances, la sécurité et la durée de vie du système de propulsion global.

Typiquement, l'air extérieur est utilisé comme dissipateur de chaleur, transférant la chaleur générée par les puces au radiateur à travers différents médiums et interfaces pour la dissipation thermique.

Grâce à un degré élevé d'intégration, le coût et le poids des systèmes de propulsion électrique ont été réduits. Les grands constructeurs automobiles nationaux et étrangers disposent de diverses formes intégrées de systèmes de propulsion électrique, notamment trois en un, quatre en un et six en un. -un, sept en un, huit en un, etc. Dans le domaine des groupes motopropulseurs de véhicules à énergie nouvelle, Walmate développe et fabrique des pièces structurelles d'assemblage d'entraînement de véhicule à énergie nouvelle qui intègrent des commandes électroniques, des moteurs, des contrôleurs de véhicule, des réducteurs et des produits de charge.

TESTS DE PRODUITS

Nous fournissons des procédures de test personnalisées pour répondre aux exigences des clients.

Scénario d'application

Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique

Installation et disposition: Installation sur un seul côté

Application typique: Personnalization client

Caractéristique : Bonne dissipation thermique

Scénario d'application

Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium

Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas

Application typique: Personnalization client

Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement

L'IGBT est le composant central du moteur de propulsion dans les véhicules à nouvelle énergie, jouant un rôle déterminant dans l'efficacité, la densité de puissance et la fiabilité du système de propulsion électrique. Il peut être considéré comme le "cœur du véhicule." Le principal dispositif générant de la chaleur dans le système de contrôle électrique des véhicules à nouvelle énergie est l'onduleur, dont la fonction est de convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif capable de faire fonctionner le moteur. Au cours de ce processus, l'IBGT de l'onduleur générera une grande quantité de chaleur et sa stabilité thermique deviendra la clé pour évaluer les performances du système d'entraînement électrique.

Résumé: Les piles à hydrogène, également appelées piles à hydrogène à membrane échangeuse de protons (PEMFC), sont largement utilisées dans les stations de recharge pour véhicules électriques, les automobiles et d'autres installations de production d'énergie en raison de leurs avantages en termes d'efficacité, d'émissions nulles et de non-pollution. Les véhicules à hydrogène à pile à combustible émettent de la chaleur pendant leur fonctionnement, qui est 3 à 5 fois plus élevée que celle des véhicules à carburant traditionnel. Cet article présente brièvement les technologies actuelles de dissipation thermique des piles à hydrogène.

1-Principe de fonctionnement des piles à hydrogène

Les piles à hydrogène libèrent une grande quantité de chaleur pendant leur fonctionnement, répartie comme suit : environ 55 % provient des réactions électrochimiques, 35 % des réactions électrochimiques irréversibles, 10 % de la chaleur de Joule, et environ 5 % de la chaleur de condensation et d'autres pertes thermiques. La chaleur générée par les piles à hydrogène est approximativement égale à l'énergie électrique qu'elles produisent. Si la chaleur n'est pas dissipée en temps utile, la température interne de la pile augmentera considérablement, ce qui affectera sa durée de vie.

Principe de la réaction PEM

2-Dissipation thermique des piles à hydrogène

Comparés aux véhicules à carburant, les véhicules à hydrogène à pile à combustible produisent une chaleur plus élevée et ont un système plus complexe. De plus, en raison des limites de température de fonctionnement des piles à hydrogène, la différence de température entre les piles et l'environnement externe est réduite, ce qui rend le système de refroidissement plus difficile à gérer. La température de fonctionnement des piles à hydrogène a un impact significatif sur la résistance à l'écoulement des fluides, l'activité des catalyseurs, l'efficacité du stack et la stabilité, nécessitant donc un système de refroidissement efficace. 

La technologie de refroidissement liquide est actuellement la principale technologie utilisée pour les piles à hydrogène dans les véhicules. Elle vise à réduire la consommation d'énergie de la pompe en abaissant la perte de pression du système, à éliminer la chaleur excédentaire des piles à hydrogène avec une consommation d'énergie minimale, et à optimiser la distribution des canaux de fluide de travail circulant pour réduire la différence de température interne et améliorer l'uniformité de la répartition de la température des piles.

Environ 90 % de la chaleur produite par les piles à hydrogène est dissipée par conduction thermique et convection, tandis que 10 % est dispersée dans l'environnement externe par rayonnement. Les méthodes de refroidissement traditionnelles comprennent le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par changement de phase.

3-Transfert de chaleur dans le système PEMFC

 3.1 Refroidissement du stack

Après la génération de chaleur à l'intérieur du PEMFC, cette chaleur est transférée entre les différents composants du PEMFC et l'environnement externe. Le transfert thermique à l'intérieur du stack de piles à hydrogène dépend principalement de la résistance thermique de chaque composant ainsi que de la résistance thermique de contact entre les différents composants. Étant donné que la couche de diffusion des gaz sert de « pont » entre les principaux composants générateurs de chaleur (les électrodes à membrane) et les principaux composants de dissipation thermique (les plaques bipolaires), la taille de sa résistance thermique et celle de son contact avec d'autres composants ont un impact significatif sur les performances de transfert thermique du PEMFC. De plus, la résistance thermique de contact entre les différents composants influence également le transfert thermique interne du stack de piles à hydrogène.

3.2 Transfert thermique du fluide de refroidissement

Les méthodes de refroidissement des piles à hydrogène incluent le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par changement de phase. Les facteurs influençant le transfert thermique du fluide de refroidissement comprennent les extrémités du stack PEMFC, le fluide de refroidissement lui-même et les échangeurs de chaleur. Le fluide de refroidissement entre directement en contact avec les plaques bipolaires aux extrémités du stack PEMFC, ce qui rend la structure des canaux du fluide de refroidissement cruciale pour son efficacité thermique. En outre, les propriétés du fluide de refroidissement affectent également le processus de transfert thermique associé. Compte tenu de l'espace disponible limité, l'utilisation d'un fluide de refroidissement ayant une capacité thermique plus élevée peut réduire la taille des échangeurs de chaleur et améliorer les performances de gestion thermique du PEMFC. Par conséquent, la demande pour des fluides de refroidissement plus efficaces devient de plus en plus évidente.

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La tendance à la miniaturisation des appareils électroniques s’accentue de jour en jour. Dans le même temps, la demande de fonctionnalités supplémentaires et de performances plus élevées a encore favorisé la réduction de la taille de chaque niveau d’emballage, entraînant une augmentation rapide de la densité de puissance.

3.Traitement de surface du dissipateur thermique

Les alliages d'aluminium s'oxydent facilement dans l'air (formant des films d'oxyde d'aluminium), mais cette couche d'oxyde naturelle n'est pas dense, a une faible résistance à la corrosion et est sujette à la contamination en fonction d'exigences telles que l'esthétique, la résistance à la corrosion et l'amélioration des performances de dissipation thermique ; , Les radiateurs métalliques nécessitent un traitement de surface. Les processus courants de traitement de surface comprennent : l'anodisation, le sablage, le nickelage chimique et la peinture au four, etc.

Anodisation :Le principe de l'anodisation est essentiellement l'électrolyse de l'eau. L'aluminium ou l'alliage d'aluminium est placé comme anode dans une solution diélectrique, et le processus d'utilisation de l'électrolyse pour former un film d'oxyde d'aluminium sur la surface est appelé l'anode. d'aluminium ou d'alliage d'aluminium ; l'émissivité de surface du radiateur après l'anodisation augmentera et la capacité de dissipation thermique du rayonnement thermique sera améliorée ; l'anodisation peut maintenir ou modifier la couleur de l'aluminium/alliage d'aluminium, et les radiateurs sont pour la plupart noirs ; anodisé.

Sablage :Le sablage fait référence au processus d'utilisation de l'air comprimé comme puissance et d'utilisation de l'impact d'un flux de sable à grande vitesse pour nettoyer et rendre rugueuse la surface du radiateur grâce à l'impact et à l'effet de coupe sur la surface ; le processus peut non seulement dissiper la chaleur. Toutes les saletés telles que la rouille sur la surface de l'appareil sont éliminées et la surface du produit peut présenter un éclat métallique uniforme.

Nickelage autocatalytique :Le nickelage autocatalytique est un processus de dépôt d'un alliage de nickel à partir d'une solution aqueuse sur la surface d'un objet. Il se caractérise par une dureté de surface élevée, une bonne résistance à l'usure, un revêtement uniforme et esthétique et une forte corrosion ; résistance ; étant donné que le cuivre et l’aluminium ne peuvent pas être soudés directement, ils doivent être nickelés autocatalytiquement avant de pouvoir être soudés à l’aide de procédés tels que le brasage.

Peinture de cuisson :La peinture de cuisson est un revêtement spécial haute performance appelé Téflon ajouté à la surface du radiateur à haute température (280 ℃ ~ 400 ℃). Il rend la surface du radiateur antiadhésive et résistante à la chaleur. -résistante, résistante à l'humidité, à l'usure, à la corrosion et à d'autres caractéristiques ; par rapport au processus de peinture par pulvérisation traditionnel, la peinture de cuisson présente des avantages en termes d'apparence et de conductivité thermique. Cependant, les radiateurs à caloduc sont sujets à l'expansion et à la déformation en raison des températures élevées. la peinture de cuisson à basse température doit donc être spécialement utilisée lors de la cuisson.

À mesure que la puissance à traiter continue d'augmenter, les radiateurs commencent à être associés à des caloducs, des ailettes et d'autres dispositifs pour former des modules de refroidissement plus performants, et des radiateurs refroidis par eau avec une efficacité de dissipation thermique plus élevée apparaissent.

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Résumé : Le principal dispositif de chauffage du système de contrôle électrique des véhicules à énergie nouvelle est l'onduleur. Sa fonction est d'inverser la puissance DC de la batterie en puissance AC pouvant entraîner le moteur. Au cours de ce processus, l'IBGT de l'onduleur générera beaucoup de chaleur. Afin de résoudre le problème de dissipation thermique de ces appareils, cet article présentera le principe de fonctionnement de l'onduleur et la technologie avancée de refroidissement liquide.

1- Application de l' IGBT dans le système de contrôle électrique des véhicules à énergie nouvelle et sa technologie de dissipation thermique

En tant qu'unité de conversion d'énergie électrique qui connecte la batterie et le moteur d'entraînement dans les véhicules à énergie nouvelle, le système de commande électrique est au cœur de l'entraînement et du contrôle du moteur. En tant que dispositif qui connecte les batteries haute tension et la puissance du moteur et se convertit les unes dans les autres, l'onduleur est un convertisseur chargé de convertir le courant continu (batterie, batterie de stockage) en fréquence fixe et tension constante ou en tension et tension régulées en fréquence. -courant alternatif régulé (généralement 220V, sinusoïdale 50Hz), assurant la conversion de l'énergie électrique des véhicules à énergies nouvelles.

Schéma simplifié du système de contrôle électrique

Le module de puissance IGBT dans l'onduleur joue un rôle très important dans ce processus. Pendant le processus de conversion d'énergie, l'IGBT génère beaucoup de chaleur. Lorsque la température de l'IGBT dépasse 150°C, l'IGBT ne peut pas fonctionner, donc le refroidissement par air ou un refroidissement par air est requis. La stabilité thermique du fonctionnement des IGBT est devenue la clé pour évaluer les performances des systèmes d'entraînement électriques.

Comment fonctionne l'onduleur

En plus des systèmes de contrôle électroniques, l'IGBT est également largement utilisé dans les systèmes de contrôle de climatisation embarqués et les systèmes de piles de chargement des véhicules à énergies nouvelles:

Il est utilisé comme composant technique de base des véhicules électriques, des bornes de recharge et d’autres équipements. Le module IGBT représente près de 10% du coût des véhicules électriques et environ 20 % du coût des piles de recharge, et sa stabilité thermique est devenue la clé pour évaluer les performances du système d'entraînement électrique.

2-Technologie de refroidissement liquide IGBT

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1. Introduction

En raison de leur rôle important dans l’équilibre de l’offre et de la demande du réseau électrique et dans l’amélioration du taux d’utilisation des nouvelles énergies, les systèmes de stockage d’énergie sont devenus la principale force de promotion du développement et de la transformation de l’énergie mondiale. La technologie de stockage d'énergie électrochimique est mature, la période de construction est courte, la puissance et l'énergie peuvent être configurées de manière flexible en fonction des différentes exigences d'application, la vitesse de réponse de charge et de décharge est rapide et elle peut être utilisée à diverses occasions. Pendant le processus de charge et de décharge du système de stockage d'énergie, de la chaleur sera générée. Si la dissipation thermique n'est pas bonne, la température de la batterie sera trop élevée ou la différence de température de la batterie sera importante, ce qui peut entraîner une réduction de la durée de vie de la batterie. , et dans les cas graves, des problèmes de sécurité tels qu'un emballement thermique peuvent survenir.

Basé sur un projet réel, cet article établit un modèle de simulation de fluide thermique en fonction de la taille réelle de la batterie, analyse en détail la répartition de la pression, de la vitesse et de la température dans l'ensemble du système de dissipation thermique, obtient la charge thermique du système et fournit suggestions d'optimisation structurelle pour la conception du canal d'écoulement de la plaque de refroidissement liquide du bloc-batterie.

2. Aperçu du projet

2.1 Informations environnementales

2.2 Informations sur les spécifications du dispositif source de chaleur:

2.3 Silicone conducteur thermique

3. Modèle de dissipation thermique

La batterie utilise un refroidissement liquide pour dissiper la chaleur, composée de 72 cellules de 280 Ah et d'une plaque de refroidissement liquide. Les dimensions de la plaque de refroidissement liquide sont: longueur 1570 mm, largeur 960 mm, hauteur 42 mm et 24 canaux d'écoulement à l'intérieur. Le modèle de dissipation thermique de la batterie est le suivant:

Modèle de système de dissipation thermique

4. Résultats de simulation dans des conditions d'entrée d'eau de 8 L/min

La répartition de la température du cœur de la batterie est de 18,38 à 28,77 °C. Parmi eux, la plage de distribution de température du noyau de batterie à la température la plus élevée est de 21,46 à 26,37 °C et la plage de distribution de température du noyau de batterie à la température la plus basse est de 18,76 à 26,37 °C. Comme le montre la figure (a) :

(a) Répartition de la température des cellules 18,38-28,77 ℃

La différence de température maximale de chaque cellule de batterie est de 2,4 ℃ (28,77-26,37)

La répartition de la température de la plaque de refroidissement liquide est de 18,00 à 21,99 ℃, comme le montre la Figure (b):

(b) Profil de température de la plaque de refroidissement liquide 

La résistance à l'écoulement est d'environ 17 KPa. Le profil de pression de la plaque de refroidissement liquide est celui indiqué en (c) et le profil de vitesse de la plaque de refroidissement liquide est celui indiqué en (d):

(c) Profil de pression de la plaque de refroidissement liquide

(d) Profil de vitesse de la plaque de refroidissement liquide

5. Conclusion

Dans cette solution, la température globale est comprise entre 18,38 et 28,77 ℃, la différence de température entre le noyau de batterie le plus élevé et le plus bas est de 2,4 ℃ et la température globale de la plaque de refroidissement liquide est comprise entre 18,00 et 21,99 ℃. L'uniformité de la température doit encore être respectée. être optimisé, et il existe de nombreuses zones à haute température.

En comparant les profils de pression et de vitesse de la plaque refroidie par liquide, on peut voir que les zones à haute température de la plaque refroidie par liquide sont principalement réparties dans les zones à pression et vitesse plus faibles. En combinaison avec la position de disposition des cellules de la batterie, on peut voir que la marge de largeur de la plaque de refroidissement liquide est grande. Il est recommandé de bloquer les deux canaux d'écoulement les plus extérieurs de la plaque de refroidissement liquide ou de réduire de manière appropriée la largeur du liquide. plaque de refroidissement pour obtenir un meilleur effet de dissipation thermique.

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Les opportunités de développement rapide ont été obtenues dans le secteur de l'automobile et du stockage d'énergie des batteries. Les batteries de puissance, qui sont des sources d'énergie chimique, sont particulièrement sensibles à la température et doivent fonctionner dans un environnement thermique approprié. Pendant le processus de charge et de décharge des batteries, une grande quantité de chaleur est générée en raison de l'impédance interne. De plus, les batteries sont généralement situées dans un environnement relativement fermé, ce qui favorise l'accumulation de chaleur, l'augmentation de la température et même le risque de défaillance thermique. Par conséquent, un système de refroidissement efficace et sûr pour les batteries de puissance devient particulièrement important.   

Actuellement, il existe trois types de solutions de refroidissement des batteries: le refroidissement par air, le refroidissement liquide et le refroidissement par réfrigérant direct.

Ce type de refroidissement est relativement simple et coûteux, adapté aux scénarios avec des batteries de petite capacité et une pression thermique faible.

En pratique, les fluides liquides ont un coefficient de transfert thermique élevé, une grande capacité thermique et un refroidissement rapide, ce qui permet d'améliorer l'uniformité de la température des batteries.  Le refroidissement liquide est donc la solution principale actuellement en vigueur.

La technologie de refroidissement direct au réfrigérant peut améliorer davantage l'efficacité de refroidissement des batteries, mais la conception d'une température uniforme pour l'évaporateur des batteries est un défi technique. En général, il est requis que la différence de température entre les cellules de batterie dans le système de batterie ne dépasse pas 5°C (dans des conditions de refroidissement et de chauffage). Actuellement, le refroidissement direct au réfrigérant n'est pas encore devenu une solution de conception courante dans l'industrie.

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Les trois principaux objectifs du développement actuel des véhicules à énergies nouvelles (sécurité, légèreté et fiabilité) sont étroitement liés au bloc de batterie, et le boîtier du bloc de batterie est le composant porteur du système de batterie, qui affecte la collision et la consommation d'énergie. énergie du véhicule. batterie et même tout le véhicule. Impact significatif.

Structure de batterie de véhicule à nouvelle énergie

1. Sécurité de la batterie

En tant que composant essentiel de la cellule de puissance, du moteur d'entraînement et des systèmes électriques des véhicules électriques, la batterie affecte directement les principaux indicateurs de performance des véhicules à énergies nouvelles, et sa sécurité détermine souvent la fiabilité de l'ensemble du véhicule. Les batteries de véhicules à énergie nouvelle présentent d'énormes risques pour la sécurité lors des collisions. La déformation par collision entraînera l'apparition de courts-circuits, de circuits ouverts, d'un échauffement constant, d'explosions, etc. modules de batterie. La clé de la conception de la sécurité du bloc de batterie est de réduire le degré de dommages au bloc de batterie lors d'une collision. Par conséquent, l'optimisation du chemin de transmission de la force de collision du véhicule et l'amélioration de l'effet protecteur de la coque du bloc de batterie sont essentielles à la conception. Actuellement, la technologie de simulation est largement utilisée.  En établissant un modèle de simulation de batterie, nous pouvons prédire les modes de défaillance dans des conditions de travail telles que collision, extrusion, impact et chute, et optimiser systématiquement la structure de la coque de la batterie et la taille des pièces pour mener des opérations multiples. -Évaluations objectives de la sécurité des batteries. Optimisées pour améliorer la sécurité.

2. Batterie légère

L'utilisation d'acier à haute résistance, d'acier à ultra haute résistance, d'alliages d'aluminium et de matériaux composites est un lien nécessaire pour parvenir à l'allègement des véhicules à énergie nouvelle. Étant donné que la coque supérieure de la batterie n'est pas utilisée pour la protection et le support, mais uniquement pour l'étanchéité et la protection contre la poussière, la coque supérieure est principalement constituée de plaques d'acier, d'alliages d'aluminium et de matériaux composites. Le boîtier inférieur de la batterie joue principalement le rôle de supporter toute la masse de la batterie, de résister aux chocs externes et de protéger le module de batterie dans le système de batterie. Les processus de préparation courants pour les boîtiers inférieurs des batteries comprennent: profilés en aluminium extrudé + formage par soudage, plaques d'aluminium embouties + formage par soudage, aluminium moulé sous pression + formage par moulage. À l'heure actuelle, les profilés en aluminium extrudé + formage par soudage constituent une solution de fabrication de boîtiers inférieurs couramment utilisée par les entreprises nationales, car ils sont moins difficiles à préparer que les boîtiers inférieurs en aluminium estampé et ont une taille de coulée plus grande que les boîtiers inférieurs en aluminium.

Étant donné que le bloc de batterie et le châssis des véhicules à énergies nouvelles se chevauchent fortement, l'intégration et l'optimisation des structures du châssis et du bloc de batterie sont très importantes pour alléger les véhicules à énergies nouvelles.

La technologie CTP, généralement, les packs de batteries sont assemblés en modules, puis les modules sont installés dans le pack de batteries. Cette technologie omet l'étape intermédiaire des modules et intègre directement les cellules de batteries dans le pack de batteries. Le pack de batteries est intégré sous le plancher de la carrosserie en tant que partie de la structure du véhicule. La technologie CTP améliore efficacement l'utilisation de l'espace et la densité énergétique du pack de batteries, ainsi que la rigidité globale du pack de batteries.

La technologie CTC, version avancée de la technologie CTP, intègre directement les cellules de batterie dans le cadre du plancher, en utilisant le boîtier du pack de batteries comme plaques supérieure et inférieure du plancher. Les sièges sont directement connectés au couvercle supérieur du pack de batteries, permettant une utilisation de l'espace atteignant 63%.

La technologie CTB, une version améliorée de la CTC, conserve la structure des traverses et les supports de sièges, remplaçant seulement une partie du plancher par le couvercle supérieur du pack de batteries. L'utilisation de l'espace est ainsi portée à 66%, tout en maintenant une structure de carrosserie plus complète et une sécurité accrue.

Mode de montage des packs de batteries

3.Fiabilité du pack de batteries

Le processus complet de la durée de vie à la défaillance par fatigue du boîtier de la batterie est le suivant : sous l'effet des charges cycliques, de fines fissures commencent à apparaître à la surface du boîtier, des micro-fissures de fatigue locales se développent progressivement, entraînant finalement une rupture instantanée de la pièce. En particulier, les joints de connexion du boîtier de la batterie sont des zones à haute probabilité de défaillance par fatigue. Les simulations expérimentales du boîtier de la batterie sont une méthode courante pour améliorer la fiabilité du design du pack de batteries. Selon les exigences de l'industrie, l'étanchéité du boîtier de la batterie doit atteindre le niveau IP6K7, et certaines entreprises exigent même le niveau IP6K9K. Étant donné que la longueur de l'étanchéité du boîtier de la batterie est généralement de plusieurs mètres et que les structures de conception d'étanchéité sont peu nombreuses, une attention particulière doit être portée à son étanchéité.

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1. Principes de base du soudage par friction malaxage (FSW)

 Une fois la tête de mélange rotative à grande vitesse insérée dans la pièce à usiner, elle se déplace dans la direction du soudage. La zone de contact entre la tête de mélange et la pièce génère de la chaleur par friction, ce qui adoucit la plasticité du métal environnant en raison du mouvement de l'aiguille de mélange, ramollissant ainsi la couche métallique qui remplit la cavité derrière l'aiguille de mélange.

À l'heure actuelle, le soudage par friction malaxage est principalement utilisé pour la connexion dealuminium, cuivre, magnésium, titaneet d'autres supports ou matériaux différents.

2. Soudage par friction malaxage (FSW)

Lorsque le soudage commence :Placez l'épaulement rotatif à grande vitesse et l'outil d'agitation avec des saillies en forme d'aiguille dans la zone de soudage de la pièce à souder. Les épaulements d'arbre peuvent être utilisés en même temps pour empêcher le matériau de déborder à l'état plastique.

Pendant le processus de soudage: La résistance de friction entre la tête d'agitation et le matériau de soudage génère de la chaleur de friction, qui ramollit le matériau et provoque une déformation plastique, libérant de l'énergie de déformation plastique. Lorsque la tête de mélange avance le long de l'interface à souder, le matériau thermoplastique est transféré de l'avant vers l'arrière de la tête de mélange et, sous l'action de forgeage de l'épaulement de la tête de mélange, une connexion en phase solide entre les pièces est obtenue. .

En fin de soudage: La tête de mélange tourne hors de la pièce.

Processus de soudage par friction-malaxage

3. Technologie et fonctionnalités

Petite déformation: Le matériau n'a pas besoin d'être fondu, l'apport de chaleur est faible et la déformation est minime;

Forte adaptabilité: Non affecté par la température et l'humidité ambiantes, forte adaptabilité ;

Excellentes performances: La zone de soudure forme une « structure forgée » dense sans bulles ni défauts de retrait;

Respectueux de l'environnement et sûr: le processus de soudage ne produit pas d'arc, de fumée, d'éclaboussures, etc., il est donc sûr, vert et respectueux de l'environnement.

Essai de résistance des joints soudés par friction malaxage

Par rapport aux solutions de soudage par fusion ordinaires, le soudage par friction-malaxage présente les avantages exceptionnels suivants:

²Il appartient à la technologie de soudage à l'état solide et le matériau de soudage ne fond pas pendant le processus de soudage;

²La qualité des joints soudés est bonne, les soudures ont une structure de forgeage à grains fins et il n'y a aucun défaut tel que des pores, des fissures et des inclusions de scories;

²Il n'est pas limité par la position du cordon de soudure et peut réaliser diverses formes de soudage commun;

²L'efficacité du soudage est élevée et le formage par soudage en un seul passage peut être réalisé dans une plage d'épaisseur de 0,4 à 100 mm;

²La pièce à souder présente une faible contrainte résiduelle et une faible déformation, permettant un soudage de haute précision;

²Le joint a une résistance élevée, de bonnes performances en fatigue et une bonne résistance aux chocs ;

²Faible coût de soudage, aucune consommation de processus de soudage, pas besoin de remplissage de fil et de gaz de protection ;

²L'opération de soudage est simple et il est facile de réaliser un soudage automatisé.

4. Application de la technologie de soudage par friction-malaxage à la fabrication de bacs de batterie

L'alliage d'aluminium présente les avantages d'une faible densité, d'une résistance spécifique élevée, d'une bonne stabilité thermique, d'une résistance à la corrosion et d'une conductivité thermique, non magnétique, facile à former et d'une valeur de recyclage élevée. C'est un matériau idéal pour la conception légère des batteries.

À l'heure actuelle, la solution du plateau de batterie en alliage d'aluminium et du couvercle supérieur en plastique présente un effet de légèreté remarquable et a été adoptée par de nombreux constructeurs automobiles. Le plateau de batterie adopte une solution de profils d'extrusion d'aluminium + soudage par friction-malaxage + soudage MIG. Le coût d'application global est faible, répond aux exigences de performance et peut réaliser l'intégration de canaux d'eau de circulation de batterie refroidis à l'eau.

Un bac de batterie typique se compose principalement d'un cadre profilé en alliage d'aluminium et d'une plaque inférieure en profilé en alliage d'aluminium, qui sont soudés ensemble à l'aide de profilés extrudés de la série 6, comme le montre la figure ci-dessous :

Plateau de batterie en alliage d'aluminium

Structure et matériaux en coupe transversale :Le cadre et la plaque inférieure sont constitués de profilés extrudés en alliage d'aluminium, les matériaux sont généralement 6061-T6 (limite d'élasticité 240 MPa, résistance à la traction 260 MPa), 6005A-T6 (limite d'élasticité 240 MPa, résistance à la traction 260 MPa). résistance 215 MPa, propriété de traction 255 MPa) et 6063-T6 (propriété de rendement 170 MPa, capacité de traction 215 MPa). Réfléchissez à la marque spécifique à choisir en fonction de facteurs tels que la complexité des sections, le coût et la consommation d'outillage.

Difficulté technique:

Le cadre et la plaque inférieure sont les supports des modules de batterie et nécessitent une grande résistance. Par conséquent, une section transversale à double couche avec une cavité est souvent choisie pour garantir la résistance. L'épaisseur de la plaque de base est généralement d'environ 10 mm et l'épaisseur de la paroi est de 2 mm. Les panneaux en aluminium monocouche sont moins fréquemment utilisés.

Une section transversale typique du cadre est constituée de plusieurs cavités et est constituée d'un matériau 6061-T6 avec une épaisseur de paroi de 2 mm à son point le plus fin.

La section transversale typique de la plaque de base est constituée de plusieurs cavités, dont une saillie supérieure, principalement utilisée pour le montage des modules de batterie. La section transversale est grande avec seulement 2 mm d'épaisseur, le matériau est donc généralement du 6005A-T6. 

Section Profil

Solution:

Les panneaux de base et les panneaux de base, ainsi que les panneaux de base et le cadre, sont principalement reliés par soudage par friction malaxage. La résistance du soudage peut atteindre environ 80 % de celle du matériau de base.

Les profilés des panneaux de base utilisent des joints soudés par friction malaxage, et les panneaux de base sont soudés avec des joints en bout double face. Le soudage double face présente une haute résistance et une faible déformation.

Un joint de soudage par friction malaxage double face est formé entre le cadre et les panneaux de base. Pour laisser suffisamment d'espace pour la tête de mélange, la longueur d'extension à l'endroit où le cadre est relié aux panneaux de base doit être suffisante pour éviter toute interférence entre le cadre et la tête de mélange, et pour éviter d'augmenter la taille et la difficulté d'extrusion des profilés du cadre. Cependant, le soudage double face présente des caractéristiques de haute résistance et de faible déformation, ce qui constitue également son principal avantage.

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Ces dernières années, la demande d’extrusion d’aluminium dans la fabrication et la conception de produits a augmenté. Cela a entraîné une demande accrue de fabricants d’extrusion d’aluminium professionnels et fiables.

Si vous ne connaissez pas ce procédé de fabrication, vous êtes au bon endroit. Au cours de cet article, nous discuterons en détail de l’extrusion d’aluminium.

Guide d'extrusion d'aluminium

1-Qu’est-ce que l’extrusion d’aluminium ?

Il s'agit d'un processus qui force un matériau en alliage d'aluminium à travers un moule tout en utilisant un profil en coupe spécifique. Le fabricant utilise un puissant poinçon pour extraire l’aluminium du moule. Sous l’effet d’une forte pression, l’aluminium sort de l’ouverture du moule. Lorsque l’aluminium sort par l’avant du moule, il a la même forme que le moule. Un gabarit retire ensuite l'aluminium. Le processus d’extrusion de l’aluminium est facile à comprendre, surtout au niveau de base. Vous pouvez relier la force poussant l’aluminium à travers l’avant du moule à la force qui presse le tube pour faire sortir les ingrédients. Lorsque vous appliquez une pression sur le tube, le matériau à l’intérieur du tube prend la même forme que l’ouverture du tube. Cela signifie donc que la forme de l'aluminium dépendra de l'ouverture du moule. Pour le rond, il faut des ouvertures rondes, pour les carrées, des ouvertures carrées, etc.

2-La forme à extruder

Vous pouvez trier vos formes extrudées en trois catégories différentes.

a.un solide

Une forme solide n’a pas d’ouvertures fermées ni de vides. Les angles, les poutres ou les tiges sont des exemples courants qui entrent dans cette catégorie spécifique.

b. Creux

Les reliques ont généralement une ou plusieurs lacunes. Par exemple, des tubes rectangulaires ou carrés.

c. Semi-creux

Ces formes comportent souvent des vides partiellement fermés. Par exemple, un canal "C" avec un espace étroit.

3-Processus d'extrusion d'aluminium

Squeeze est populaire dans de nombreux secteurs, notamment l'énergie, l'aérospatiale, l'électronique, l'automobile, la construction et plusieurs autres. En utilisant plusieurs procédés d’extrusion, vous pouvez même réaliser des formes extrêmement complexes. Ci-dessous, nous décrivons le processus d’extrusion de l’aluminium en dix étapes.

Étape 1: Préparation et déplacement de la filière d'extrusion

Premièrement, les fabricants d’extrusion d’aluminium utiliseront l’acier H13 pour usiner des moules ronds. Bien entendu, certains fabricants ont déjà la forme souhaitée. Dans ce cas, ils le sortent simplement de l'entrepôt. Le moule doit être préchauffé entre 450 et 500 degrés Celsius. Cela contribue non seulement à maximiser la durée de vie du moule, mais garantit également un flux de métal uniforme. Une fois le moule préchauffé, il peut être chargé dans l’extrudeuse.

Étape 2: Chauffage des lingots d'aluminium avant extrusion

L'étape suivante consiste à chauffer la billette d'aluminium. Il s’agit essentiellement d’un bloc solide cylindrique en alliage d’aluminium. Les fabricants extraient des ébauches de bûches plus longues en alliage d'aluminium. Vous devriez le mettre au four pour le préchauffer. La température doit être comprise entre 400 et 500 degrés Celsius.

Chauffer le flan ne le fera pas fondre complètement. Cependant, cela le rendra suffisamment ductile pour céder lors de l’extrusion.

Étape 3: Transférer l'extrusion vers la presse à billettes

Une fois que vous aurez chauffé le flan comme vous le souhaitez, il sera transféré mécaniquement vers l'extrudeuse. Cependant, il est important d'appliquer un agent de démoulage ou un lubrifiant sur le flan. Cette étape doit être effectuée avant de charger le flan dans la presse.

De plus, il est important d’appliquer le même agent de démoulage sur le poinçon d’extrusion. Cela garantit que le poinçon et le flan ne collent pas ensemble.

Étape 4: Poussez le flan dans le conteneur

Après avoir transféré le flan vers l'extrudeuse, il est temps d'appliquer une pression. Le poinçon exercera environ des centaines, des milliers, voire des dizaines de milliers de tonnes de pression sur l'ébauche forgeable. L'application d'une pression force l'ébauche dans le récipient de l'extrudeuse. Ce matériau se dilate et remplit progressivement les parois du conteneur.

Étape 5: Le matériau extrudé sort du moule

Même une fois que le matériau a rempli le récipient, le piston applique toujours une pression. Cela signifie que le matériau est maintenant poussé sur la filière d'extrusion. En raison de la pression continue, le matériau en aluminium passera à travers l’ouverture du moule. Lorsqu'il sort de l'ouverture du moule, il a exactement la même forme que l'ouverture du moule. Cela signifie que jusqu’à présent, vous avez obtenu la forme souhaitée.

Étape 6: Trempe et vieillissement

Un extracteur attrape l'extrudat lorsqu'il sort par l'avant de la filière. Cet extracteur se charge alors de le guider avec la table de saut. La vitesse de la table correspondra à la vitesse de sortie de l’extrudeuse. Au fur et à mesure que le gabarit se déplace, le profil est trempé. Pour garantir sa robustesse, il doit être refroidi uniformément. Vous pouvez utiliser un refroidissement par air par ventilateur ou un refroidissement par eau froide.

Étape 7: Découpe par extrusion

Une fois que l’extrusion a atteint toute la longueur de la table, il n’est pas encore temps de la retirer du processus d’extrusion. A cet effet, les fabricants utilisent des scies à chaud. La scie sépare l'extrusion spécifique du processus d'extrusion.

REMARQUE : La température est un aspect extrêmement important du processus d’extrusion. Vous devez le vérifier attentivement à chaque étape du processus d’extrusion.

Même si vous trempez l’extrudat après sa sortie de la presse, il lui faut encore du temps pour refroidir complètement.

Étape 8: Refroidissement par extrusion à température ambiante

Une fois la découpe terminée, transférez l’extrudat sur une table de refroidissement. Ce processus est généralement réalisé mécaniquement. Désormais, les fabricants attendent que les profilés atteignent la température ambiante avant de les déplacer ailleurs. Il est important de les laisser s'étirer une fois refroidis.

Étape 9: Déplacer l'étirement vers la civière

Parfois, une sorte de distorsion apparaît dans le profil. En tant que fabricant professionnel d’extrusion d’aluminium, vous devez faire ce travail. Pour résoudre ce problème, vous pouvez déplacer l'extrusion de longueur de banc sur la civière. Chaque côté est serré des deux côtés. Il sera tiré mécaniquement jusqu'à ce qu'il atteigne les spécifications requises.

Étape 10: Sciage selon cahier des charges

Maintenant que les extrusions de la longueur du banc ont complètement refroidi et qu'elles sont droites, il est temps de les transférer sur le banc de scie. Ici, ces profilés sont sciés à longueur.

REMARQUE : Les propriétés d'extrusion à ce stade particulier sont similaires à celles de l'état T4. Après sciage, les profilés peuvent être vieillis jusqu'à T5 ou T6. Pour ce faire, vous devez les déplacer dans un four de vieillissement.

5-Traitement post-extrusion

Une fois l'extrusion terminée, les performances du profilé peuvent être améliorées en le traitant thermiquement. Pour améliorer l’apparence finie des extrusions, les fabricants d’extrusions d’aluminium utilisent différents types de finition. Cependant, ceux-ci nécessitent un traitement thermique. Pour que les extrusions atteignent leurs dimensions finales, elles doivent subir différents processus de traitement.

a. Améliorer les propriétés mécaniques

Peut améliorer la résistance à la traction et la capacité de charge des alliages des séries 7000, 6000 et 2000. Afin d'obtenir ces rehaussements, il est important de placer le profilé au four. Ces traitements thermiques amèneront l'alliage aux exigences de performances T5 ou T6.

b. amélioration de la surface

Les profilés en aluminium subiront de nombreuses opérations de finition. L'amélioration de la surface améliore non seulement l'apparence générale de l'aluminium, mais améliore également la résistance à la corrosion de l'aluminium. Par exemple, lorsque vous anodisez l’aluminium, cela provoque l’apparence naturelle d’une couche d’oxyde. Cela entraîne un épaississement du métal. De plus, le procédé améliorera la résistance à la corrosion du profilé. De plus, le métal devient plus résistant à l’usure. Encore une fois, cela se traduira par une surface poreuse, ce qui signifie que la surface acceptera différentes couleurs. L'émissivité de la surface augmentera également. Il existe quelques autres procédés de finition disponibles. Tels que le sablage, le revêtement en poudre, la peinture, etc.

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Un dissipateur thermique a pour rôle d'augmenter la surface de transfert thermique dans un espace de volume donné. En optimisant la forme de la structure, on peut améliorer l'efficacité de transfert thermique de la surface vers le fluide environnant. Le traitement de surface, entre autres, permet d’augmenter la surface de transfert effective, renforçant ainsi le refroidissement et permettant un meilleur contrôle de la température.

Dans les applications à faible densité de puissance volumétrique et de densité de flux thermique, les dissipateurs thermiques à ailettes droites et rectangulaires sont très appréciés des ingénieurs pour leur structure simple, leur coût de fabrication raisonnable et leur bonne performance de dissipation thermique.

Comparaison des différentes méthodes de transfert de chaleur

1-Conception des ailettes de dissipateur thermique

Un dissipateur thermique agit comme une surface de dissipation élargie et se concentre principalement sur des paramètres tels que la hauteur, la forme, l'espacement des ailettes et l'épaisseur de la plaque de base.

Dimensions du dissipateur thermique à ailettes plates

D'après le schéma ci-dessus, on peut calculer la surface de dissipation étendue du dissipateur thermique:

Surface d'une seule ailette:A_f = 2L（h+t/2），

Surface des espaces：A_b= Lh，

Surface totale de dissipation thermique：At=nA_f +(n±1)A_b (n étant le nombre d’ailettes).

Vue en coupe des ailettes

La fonction principale des ailettes est d’augmenter la surface pour améliorer l’efficacité de transfert de chaleur.L’espacement, l’épaisseur et la hauteur des ailettes sont des facteurs clés pour déterminer le nombre, la répartition et la surface des ailettes.Comme indiqué dans le schéma, lorsque h↑ ou t↓, les ailettes deviennent plus hautes, plus minces et plus denses, augmentant la surface de dissipation.

Lorsque la surface des ailettes augmente, leur contact avec l’air augmente également, facilitant ainsi la dissipation thermique.Les ingénieurs peuvent également augmenter la surface des dissipateurs en optimisant la forme des ailettes, comme ondulées ou dentelées.

Bien qu’une plus grande surface de dissipation thermique améliore l’effet de refroidissement, cela ne signifie pas nécessairement que plus grand est toujours mieux.Que ce soit pour la dissipation naturelle ou le refroidissement forcé, l’espacement des ailettes est un facteur déterminant du coefficient de transfert thermique de l’air.

Impact de l’espacement et de la hauteur des ailettes sur l’efficacité de dissipation thermique

En cas de dissipation naturelle, les variations de température à la surface du dissipateur provoquent une convection naturelle et le flux de la couche limite d’air le long des ailettes. Un espacement trop petit entrave ce processus.En cas de refroidissement forcé, l’épaisseur de la couche limite des ailettes est comprimée, l’espacement peut être plus étroit, mais il est limité par les méthodes de fabrication et les éléments moteurs. L’équilibre entre l’épaisseur et la hauteur des ailettes est donc crucial.

2-Conception du substrat du dissipateur thermique

L’épaisseur du substrat est un facteur crucial dans l’efficacité d’un dissipateur thermique. Si le substrat est trop mince, la résistance thermique entre les ailettes éloignées de la source de chaleur est plus élevée, provoquant une répartition inégale de la température et une résistance moindre aux chocs thermiques.

L’augmentation de l’épaisseur du substrat peut corriger la répartition inégale de la température et accroître la résistance aux chocs thermiques. Cependant, un substrat trop épais pourrait provoquer une accumulation de chaleur et réduire ainsi la conductivité thermique.

Schéma du principe de fonctionnement du dissipateur thermique

Comme illustré ci-dessus :

lorsque la surface de la source de chaleur est inférieure à celle de la plaque de base, la chaleur doit se diffuser du centre vers les bords, ce qui crée une résistance thermique de diffusion. La position de la source de chaleur affecte également cette résistance. Si la source est proche du bord du dissipateur, la chaleur peut être plus facilement dissipée par le bord, réduisant ainsi la résistance de diffusion.

Remarque : la résistance thermique de diffusion désigne la résistance rencontrée dans la conception d’un dissipateur thermique lorsque la chaleur se diffuse du centre de la source de chaleur vers les bords. Ce phénomène se produit généralement lorsque la surface de la source de chaleur est nettement inférieure à celle de la plaque de base, nécessitant la diffusion de la chaleur d’une petite zone vers une zone plus large.

3-Procédé de connexion entre les ailettes et la plaque de base

La méthode de connexion entre les ailettes du dissipateur et la plaque de base comprend généralement plusieurs techniques pour garantir une bonne conduction thermique et une stabilité mécanique. Elle se divise principalement en deux catégories : intégrée et non intégrée.

Les dissipateurs intégrés, où les ailettes et la plaque de base forment un ensemble unique, ne présentent pas de résistance thermique de contact. Les procédés sont principalement les suivants :

l Moulage sous pression de l’aluminium : après avoir fondu les lingots d’aluminium, celui-ci est injecté sous haute pression dans un moule métallique. Le dissipateur est alors moulé directement, permettant ainsi de réaliser des ailettes de formes complexes.

l Extrusion de l’aluminium : une fois l’aluminium chauffé, il est placé dans un cylindre d’extrusion et soumis à une pression pour le faire sortir par un moule spécifique, obtenant ainsi un matériau brut avec la forme et les dimensions de la section souhaitée, ensuite usiné.

l Le forgeage à froid permet de réaliser des ailettes de dissipation fines avec un coefficient de conductivité thermique élevé, bien que les coûts soient relativement élevés. Cette méthode est meilleure pour traiter des formes spéciales que l’extrusion d’aluminium.

l Les dissipateurs à rainures peuvent être en cuivre, avec un coefficient de conductivité thermique élevé, et les ailettes peuvent être très fines. Les ailettes sont directement sculptées à partir de la plaque de base, mais de fortes tensions peuvent déformer les ailettes hautes ou longues.

Dans la fabrication non intégrée, les ailettes de refroidissement et la plaque de base sont usinées séparément, puis assemblées par des procédés tels que le soudage, le rivetage ou le collage. Les principaux procédés sont :

l Soudure : Les ailettes et la plaque de base sont connectées par un matériau de soudage, comprenant le brasage à haute température et le brasage à basse température ;

La soudure présente de bonnes performances de transfert de chaleur ; pour souder des substrats en aluminium et des ailettes, un placage au nickel est nécessaire, ce qui augmente le coût et n'est pas adapté aux dissipateurs de grande taille ; le brasage ne nécessite pas de placage au nickel, mais le coût de soudure reste élevé.

l Rivetage : Les ailettes sont insérées dans la rainure de la plaque de base, puis la rainure est pressée vers le centre par un moule pour maintenir fermement les ailettes de refroidissement et réaliser une connexion solide.

L'avantage du rivetage est sa bonne performance de transfert de chaleur, mais les produits rivetés présentent un risque de jeu et de relâchement après une utilisation répétée ; il est possible d'améliorer le processus de rivetage pour accroître la fiabilité, mais cela entraîne également une augmentation des coûts. Par conséquent, les dissipateurs à rivet sont souvent utilisés dans des situations où les exigences de fiabilité ne sont pas élevées.

l Collage : En général, on utilise une résine époxy thermoconductrice pour coller fermement les ailettes de refroidissement à la plaque de base, permettant ainsi la conduction thermique.

Le collage utilise de la résine époxy thermoconductrice, dont le coefficient de conductivité thermique est beaucoup plus faible que celui des soudures, mais qui est adapté aux ailettes plus hautes, aux rapports élevés et aux dissipateurs à petit espacement. Il peut être utilisé dans des scénarios où les exigences en matière de performance thermique ne sont pas élevées.

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Le boîtier de batterie pour le stockage d'énergie joue un rôle crucial dans le système de stockage. Ses fonctions principales incluent la protection contre les charges, la répartition uniforme de la chaleur, l'installation électrique et l'étanchéité.À mesure que les exigences en matière de densité d'énergie des batteries augmentent, l'aluminium devient une solution efficace pour améliorer les performances du système de batterie grâce à sa conductivité thermique élevée et sa faible densité.

Le design intégré des canaux de flux et des parois latérales du boîtier permet d'économiser les travaux de soudage dans les zones de charge critiques, améliorant ainsi la résistance structurelle. Cela garantit la sécurité et la stabilité dans des conditions de charge statique, de levage et de vibrations aléatoires, tout en améliorant la performance d'étanchéité du boîtier.

En outre, le design intégré contribue à réduire le nombre de pièces et à alléger le poids du boîtier. Fabriqué par procédé d'extrusion, il offre des coûts de moule bas, une fabrication aisée et une facilité de modification pour répondre aux besoins de flexibilité en fonction des volumes.

1-Principaux types de boîtiers inférieurs en aluminium extrudé pour le stockage d'énergie

La largeur du boîtier inférieur refroidi par liquide pour le stockage d'énergie est généralement comprise entre 790 et 810 mm, avec une hauteur variant de 40 à 240 mm. Il est divisé en types plat et à bride (voir illustration ci-dessous). La longueur du boîtier dépend de la capacité du produit de stockage d'énergie, avec des options courantes telles que 48s, 52s, 104s et d'autres spécifications.

Boîtier inférieur refroidi par liquide de type plat

Boîtier inférieur refroidi par liquide de type bride

2-Formes structurelles des boîtiers inférieurs en aluminium extrudé pour le stockage d'énergie

Le boîtier refroidi par liquide est la structure de base de l'ensemble du pack de batteries, composé d'une structure en cadre rectangulaire assemblée à partir d'un panneau de base avec des canaux, des joints, des buses, un cadre, des poutres, des supports et des oreilles de levage. Tous les composants sont en alliage d'aluminium.

Schéma d'assemblage des pièces du boîtier refroidi par liquide

Le boîtier refroidi par liquide doit avoir une capacité de charge suffisante et une résistance structurelle, ce qui impose des exigences élevées en matière de qualité de soudage, y compris le procédé de soudage, le contrôle de la classe de joint et les compétences des soudeurs, afin d'assurer la sécurité et la fiabilité en application réelle.

La technologie de refroidissement liquide impose des exigences élevées en matière d'étanchéité à l'air du boîtier de refroidissement liquide, y compris l'étanchéité à l'air du boîtier inférieur et celle des canaux de refroidissement liquide. De plus, les canaux de refroidissement liquide doivent supporter la pression d'écoulement du liquide de refroidissement, ce qui augmente encore les exigences en matière d'étanchéité des canaux de refroidissement liquide.

3-Exigences de qualité de soudage

Il est généralement requis que le panneau de base refroidi par liquide soit soudé par soudage par friction et mélange. Les bouchons du boîtier refroidi par liquide de type plat sont également soudés par ce procédé. En général, le retrait de la soudure par friction ne doit pas dépasser 0,5, et il ne doit pas y avoir de métal tombant ou de parties métalliques qui pourraient tomber en raison de vibrations.

Les canaux de refroidissement liquide, les cadres, les buses, les oreilles de levage, les poutres transversales et autres accessoires sont souvent soudés par TIG ou CMT. Compte tenu des différentes exigences de performance des pièces, les canaux de refroidissement, les cadres, les buses et les oreilles de levage sont tous soudés par pleine soudure, tandis que les poutres transversales et les accessoires sont soudés par sections. La planéité de la zone des poutres de module de batterie avant et arrière doit être inférieure à 1,5 mm pour un module unique et inférieure à 2 mm pour l'ensemble ; la planéité du cadre doit respecter ± 0,5 mm pour chaque augmentation de 500 mm de longueur.

An la surface de la soudure, aucune fissure, manque de pénétration, manque de fusion, porosité de surface, inclusion de laitier visible ou soudure incomplète n'est autorisée. En général, la hauteur de la soudure de la buse ne doit pas dépasser 6 mm, et les autres soudures ne doivent pas dépasser la surface inférieure du boîtier, les soudures à l'intérieur des poutres de modules avant et arrière ne doivent pas dépasser la surface intérieure.

La profondeur de la soudure doit répondre aux exigences des normes applicables. Pour les joints soudés par arc, la résistance à la traction doit être d'au moins 60 % de la valeur minimale de résistance à la traction du matériau de base ; pour les joints de soudage laser et par friction, la résistance à la traction doit être d'au moins 70 % de la valeur minimale de résistance à la traction du matériau de base.

De plus, le soudage du boîtier inférieur doit également satisfaire aux normes d'étanchéité IP67. Par conséquent, pour le traitement après soudage, il est généralement demandé que les scories et les soudures dans la zone des poutres de modules avant et arrière soient polies à plat ; le soudage externe du plateau ne doit pas être poli, et les soudures sur les surfaces d'étanchéité doivent être lisses et sans différence de hauteur notable avec le cadre.

Tableau : Sélection des techniques de fabrication des caissons inférieurs à refroidissement liquide pour le stockage d'énergie et applications typiques

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