L'alliage d'aluminium est le matériau structurel non ferreux le plus largement utilisé dans l'industrie, en particulier dans les scénarios où la conductivité thermique des matériaux est d'une grande importance, et dans les situations où une conduction thermique efficace est requise, comme dans la dissipation de chaleur des équipements électroniques, la dissipation de chaleur des trois puissances des véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie par batterie. Dans les domaines de la dissipation de chaleur et de l'aérospatiale, il est généralement utilisé pour fabriquer des équipements de transfert de chaleur efficaces tels que des radiateurs, des plaques de conduction thermique et des composants électroniques.

La conductivité thermique, également appelée conductivité thermique, est un indice de paramètre qui caractérise la conductivité thermique des matériaux. Il indique la conduction thermique par unité de temps, unité de surface et gradient de température négatif. L'unité est W/m·K ou W/m·℃. L'alliage d'aluminium est un matériau d'alliage composé d'aluminium et d'autres métaux. Sa conductivité thermique est très excellente et le coefficient de conductivité thermique est généralement compris entre 140 et 200 W/(m·K). En tant que métal ayant la plus forte teneur dans la croûte terrestre, l'aluminium a un coefficient de conductivité thermique relativement faible. Il est privilégié en raison de sa hauteur élevée, de sa faible densité et de son prix bas.

1-Principe de conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium

Lorsqu'il y a une différence de température entre les zones adjacentes d'un matériau, la chaleur s'écoule de la zone à haute température vers la zone à basse température à travers la partie de contact, ce qui entraîne une conduction thermique. Les matériaux métalliques contiennent un grand nombre d'électrons libres. Les électrons libres peuvent se déplacer rapidement dans le métal et peuvent transférer rapidement la chaleur. La vibration du réseau est un autre moyen de transfert de chaleur du métal, mais elle est secondaire par rapport à la méthode de transfert d'électrons libres.

Comparaison des méthodes de conduction thermique entre les métaux et les non-métaux

2-Facteurs affectant la conductivité thermique des alliages d'aluminium

a.L'alliage est l'un des principaux facteurs influençant la conductivité thermique. Les éléments d'alliage, présents sous forme d'atomes en solution solide, de phases précipitées et de phases intermédiaires, introduisent des défauts cristallins tels que des lacunes, des dislocations et des distorsions du réseau. Ces défauts augmentent la probabilité de diffusion des électrons, diminuant ainsi le nombre d'électrons libres et par conséquent la conductivité thermique de l'alliage.  Différents éléments d'alliage induisent des distorsions du réseau de la matrice d'Al de degrés variables, affectant ainsi différemment la conductivité thermique. Cette différence résulte de l'interaction de plusieurs facteurs : la valence de l'élément d'alliage, la différence de volume atomique, la configuration électronique et le type de réaction de solidification.

b.Le traitement thermique est une étape très importante dans le traitement des alliages d'aluminium. En modifiant la microstructure et la transformation de phase des alliages d'aluminium, sa conductivité thermique peut être considérablement affectée. Le traitement en solution solide consiste à chauffer l'alliage d'aluminium à une certaine température pour dissoudre complètement les atomes de soluté dans la matrice, puis à le refroidir rapidement pour obtenir une solution solide uniforme. Ce traitement améliore les propriétés mécaniques du matériau mais réduit généralement sa conductivité thermique. Le traitement de vieillissement consiste à effectuer une déformation à froid appropriée et à réchauffer après le traitement en solution solide, ce qui peut optimiser la microstructure de l'alliage et améliorer ses performances globales. Le traitement de vieillissement prend en compte les propriétés mécaniques et la conductivité thermique de l'alliage, de sorte que l'alliage conserve une résistance élevée tout en ayant une bonne conductivité thermique. Le recuit améliore la microstructure de l'alliage en le maintenant à une température plus basse pour précipiter et redistribuer la deuxième phase dans l'alliage. Le traitement de recuit peut améliorer la plasticité et la ténacité des alliages d'aluminium, mais l'effet sur la conductivité thermique varie en fonction de la situation spécifique.

Schéma des changements de structure cristalline au cours du processus de vieillissement de l'alliage Al-Cu

c.D'autres facteurs influencent les impuretés et les particules de seconde phase : les impuretés et les particules de seconde phase (telles que les oxydes, les carbures, etc.) dans les alliages d'aluminium peuvent disperser les porteurs chauds (électrons et phonons), réduisant ainsi la conductivité thermique. Plus la teneur en impuretés est élevée, plus les particules de seconde phase sont grossières et généralement plus la conductivité thermique est faible. La taille des grains des alliages d'aluminium affecte également la conductivité thermique. En général, plus la taille des grains est petite, plus il y a de joints de grains et plus la conductivité thermique est faible. De plus, la méthode de traitement de l'alliage d'aluminium (comme le laminage, l'extrusion, le forgeage, etc.) affectera sa microstructure et son état de contrainte résiduelle, affectant ainsi la conductivité thermique. L'écrouissage et les contraintes résiduelles réduisent la conductivité thermique.

En résumé, l'alliage d'aluminium est un choix idéal pour les matériaux à haute conductivité thermique. Des facteurs tels que le type d'éléments d'alliage dans les alliages d'aluminium et leurs formes, les méthodes de traitement thermique, les impuretés, la granulométrie et les méthodes de moulage affecteront tous la conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium. Des considérations complètes doivent être prises en compte lors de la conception de la composition du matériau et de la planification du processus.

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La technologie de refroidissement par immersion pour le stockage d’énergie est une méthode avancée de refroidissement des batteries. Elle exploite les propriétés thermiques des liquides pour un refroidissement rapide, direct et complet des batteries, assurant leur fonctionnement dans un environnement sûr et efficace.Le principe de base consiste à immerger complètement les batteries de stockage dans un liquide isolant, non toxique et capable de dissiper la chaleur.Cette technologie permet l'échange thermique direct entre le liquide et les batteries, absorbant rapidement la chaleur générée lors des cycles de charge et de décharge, et la transférant vers un système de refroidissement externe.

Schéma de principe du système de refroidissement liquide par immersion unique pour le stockage d'énergie

Le Pack de stockage d'énergie refroidi par immersion agit comme support et composant de protection pour les cellules de la batterie. Il assure principalement le support du pack de batterie et du liquide de refroidissement, la protection et le transfert de chaleur.Ainsi, la conception de la structure du boîtier doit tenir compte de plusieurs aspects tels que l'étanchéité, l'efficacité du refroidissement, la sécurité, le choix des matériaux et les procédés de fabrication, afin d'assurer un fonctionnement efficace, sûr et fiable du système.La conception de la structure du boîtier constitue la base de tout le système de refroidissement liquide.

1-Charge uniforme

Le boîtier inférieur du Pack de stockage d'énergie refroidi par immersion est constitué d'un panneau inférieur et de panneaux latéraux. Le panneau inférieur sert de support de base, tandis que les panneaux latéraux sont fixés autour de celui-ci pour former le cadre principal du boîtier.Les dimensions du boîtier sont ajustées en fonction des besoins globaux du système de refroidissement liquide et des charges. Dans la conception de boîtiers de grande taille, des cloisons internes ou des structures de processus peuvent être raisonnablement installées pour diviser un grand espace en plusieurs petits espaces, augmentant ainsi la surface de charge et améliorant la capacité de charge uniforme.De plus, la capacité de charge locale peut être améliorée en ajoutant des nervures de renfort et des renforts, et des structures de charge uniforme peuvent être mises en place à l'intérieur du boîtier pour équilibrer les charges dans chaque coin.

Afin de réduire l'impact de la déformation plastique sur la charge uniforme, les surfaces de traitement de hauteurs différentes peuvent être conçues pour être au même niveau, ce qui permet de réduire le nombre d'ajustements de la machine-outil et d'éviter les déformations dues aux différences de hauteur. Il est également possible d'augmenter la largeur ou la hauteur du boîtier pour répartir la charge et réduire la déformation.

En outre, la conception intégrée du canal de refroidissement liquide et du panneau de base du boîtier, réalisée par soudage par friction-agitation ou soudage laser, améliore considérablement la résistance structurelle de l'ensemble du système.

Schéma de la structure du boîtier inférieur du Pack de stockage d'énergie par refroidissement liquide par immersion

2-Conception de l'échange de chaleur

La conductivité thermique est un aspect important de la technologie de refroidissement liquide par immersion. L'objectif de la conception est de s'assurer que la batterie peut se refroidir efficacement dans un environnement à haute température, maintenant ainsi sa performance et sa sécurité.

Les matériaux du boîtier doivent avoir une haute conductivité thermique. Les matériaux couramment utilisés incluent les alliages d'aluminium, le cuivre et les composites à base d'aluminium.La conception du boîtier doit également tenir compte de l'impact des variations de température ambiante. Une épaisseur d'isolation appropriée peut garantir que la température à l'intérieur du boîtier reste dans une plage relativement constante, améliorant ainsi l'efficacité globale du système.

La conception structurelle du boîtier influence directement sa conductivité thermique. Un agencement approprié des canaux de liquide garantit un flux fluide à l'intérieur du boîtier et maximise la surface de contact, ce qui est la principale stratégie pour améliorer la conductivité thermique du boîtier.Plusieurs canaux peuvent être installés à l'intérieur du boîtier pour augmenter les voies de circulation du liquide de refroidissement, améliorant ainsi l'effet de dissipation de chaleur.

           （côté gauche）Option 1 : Imersion totale + Système unitaire + Échangeur de chaleur à plaques  

（côté droit）Option 2 : Imersion totale + Système unitaire + Échangeur de chaleur intégré

Le système de refroidissement liquide comprend des fluides de refroidissement, des structures thermiques, des conduites de refroidissement et des structures de support.

Dans l'Option 1, on peut remplir les canaux de l'échangeur de chaleur et la cavité du boîtier avec le même ou différents fluides de refroidissement, les deux cavités étant scellées et non connectées.Dans la cavité du boîtier, le liquide de refroidissement immerge complètement le module de batterie, assurant un contact complet. Le fluide reste statique et utilise la bonne conductivité thermique du liquide pour absorber la chaleur de la surface de la batterie, réduisant ainsi l'élévation de la température.Dans l'échangeur de chaleur, le liquide de refroidissement est divisé en plusieurs canaux qui entrent parallèlement dans le module de refroidissement, puis se rejoignent dans le collecteur de sortie, étant principalement responsable de l'évacuation de la chaleur pour assurer le refroidissement.

Dans l'Option 2, le liquide de refroidissement à basse température entre par le bas ou par les côtés, tandis que le liquide à haute température sort par le haut. Le liquide de refroidissement circule à l'intérieur du pack de batterie, ce qui permet de répartir la chaleur de manière efficace et uniforme, d'améliorer l'efficacité globale du refroidissement et de maintenir la cohérence de la température de la cellule ou du pack de batterie.

Pour améliorer davantage l'efficacité du refroidissement, diverses mesures d'optimisation peuvent être prises, telles que l'optimisation du débit de liquide et des méthodes de circulation, le choix de fluides de refroidissement à haute capacité thermique et l'amélioration de la distribution de température du liquide.Ces mesures peuvent réduire l'accumulation de chaleur et les pertes d'énergie, garantissant ainsi que la batterie fonctionne dans un état de refroidissement efficace.

3-Conception d'étanchéité

Pour la boîte de refroidissement liquide, une conception d'étanchéité complète est réalisée en utilisant des matériaux et des structures d'étanchéité avancés. La conception d'étanchéité doit non seulement prendre en compte l'étanchéité à l'air, mais aussi l'étanchéité du liquide pour garantir qu'il n'y a pas de fuites dans toutes les directions des cellules de batterie.

La conception doit choisir la forme et la configuration d'étanchéité appropriées en fonction des besoins spécifiques de l'application, tout en prenant en compte des facteurs tels que le degré de liberté des fuites des joints, la résistance à l'usure, la compatibilité avec le milieu et la température, ainsi que la faible friction. Sur la base des spécifications détaillées, des types et matériaux d'étanchéité appropriés doivent être sélectionnés.

De plus, le choix du procédé de soudage a également un impact significatif sur les performances d'étanchéité. Le choix d'une méthode de soudage appropriée pour différents matériaux et épaisseurs peut améliorer efficacement la qualité des soudures afin d'assurer la résistance et l'étanchéité globales du système.

Image du produit fini du boîtier inférieur du pack de stockage d'énergie par immersion liquide unitaire

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Avec l'augmentation continue de la densité de puissance et de la chaleur des produits électroniques, la gestion thermique fait face à des défis de plus en plus sévères,Le refroidissement liquide devient progressivement la solution dominante en raison de ses performances de refroidissement efficaces, de sa faible consommation d'énergie, de son faible bruit et de sa haute fiabilité.

La solution de refroidissement liquide utilise l'assemblage de la plaque froide avec le groupe de batteries (ou d'autres sources de chaleur) et fait circuler un fluide de refroidissement pour évacuer la chaleur générée par la source de chaleur,Cette chaleur est ensuite transférée par un ou plusieurs circuits de refroidissement, pour finalement dissiper la chaleur du système de stockage d'énergie dans l'environnement extérieur.

En tant que composant essentiel du système de refroidissement liquide, la plaque de refroidissement liquide est un composant de dissipation de chaleur efficace, dont la fonction principale est d'évacuer la chaleur générée par la batterie (ou d'autres sources de chaleur) par la circulation du fluide de refroidissement, maintenant ainsi l'équipement dans une plage de température de fonctionnement sûre.Si les canaux de la plaque de refroidissement liquide ne sont pas propres, cela peut nuire à la régularité de la circulation du fluide de refroidissement. Des particules étrangères trop grosses peuvent provoquer un blocage ou un ralentissement du fluide de refroidissement, empêchant ainsi une dissipation efficace de la chaleur et compromettant l'efficacité thermique et les performances globales des équipements électroniques.

La présence de résidus dans les canaux peut détériorer la couche de protection oxydée des parois métalliques, entraînant une corrosion ou une érosion de la plaque de refroidissement liquide. De plus, les impuretés dans les canaux peuvent provoquer un mauvais contact entre les composants, ce qui peut accélérer le vieillissement ou l'endommagement des joints, augmentant ainsi le risque de fuites et compromettant la stabilité à long terme du système.

1-Exigences de propreté des canaux des plaques de refroidissement liquide

Les solutions actuelles de boîtiers de refroidissement liquide pour le stockage d'énergie exigent généralement qu'il n'y ait pas de corps étrangers, de copeaux d'aluminium, de résidus d'huile ou de liquide dans les canaux. Dans certains cas, des exigences spécifiques sont formulées concernant la masse des impuretés et la taille des particules dures et molles.

2-Étapes à haut risque de contamination des canaux lors de la fabrication des plaques de refroidissement liquide

Lors de la fabrication de composants de type plaques de refroidissement, notamment les canaux internes et les structures des interfaces de refroidissement, des résidus d'huile, du liquide de refroidissement pour le découpage, des copeaux métalliques et d'autres corps étrangers peuvent facilement pénétrer dans les canaux pendant les étapes de découpe, de façonnage des canaux, etc. Les zones d'usinage étant situées directement à l'entrée des canaux, leur protection est difficile, et les copeaux qui y pénètrent sont difficiles à éliminer.

Usinage des composants des plaques de refroidissement liquide : nettoyage des canaux et ébavurage

Après l'usinage des canaux des plaques de refroidissement, les composants tels que des bouchons et des embouts sont soudés pour former des canaux fermés. La structure des canaux est généralement non linéaire, ce qui crée des zones difficiles à nettoyer.

Lors du processus d'usinage après le soudage des plaques de refroidissement, une grande quantité de liquide de refroidissement de coupe est utilisée pour refroidir les outils et les pièces, générant ainsi une quantité importante de copeaux métalliques. Cette étape comporte un risque élevé de contamination par le liquide de refroidissement et les copeaux, qui sont difficiles à éliminer complètement, constituant ainsi un risque majeur de contamination des canaux.

3-Nettoyage et protection des canaux de la plaque de refroidissement liquide

Afin de garantir la fiabilité et la performance des composants de la plaque de refroidissement liquide, des opérations de nettoyage rigoureuses sont généralement effectuées.Rinçage : Un nettoyeur haute pression est utilisé pour rincer les canaux internes de la plaque de refroidissement liquide afin d'éliminer les résidus, les particules ou autres impuretés éventuelles.Après le rinçage, les composants de la plaque de refroidissement liquide doivent être séchés pour s'assurer qu'il ne reste aucune trace d'humidité dans les canaux.

Usinage des composants de la plaque de refroidissement liquide : Rinçage et dégraissage

Les plaques de refroidissement liquide, comme les plaques de refroidissement, peuvent être facilement contaminées durant le processus de fabrication si elles ne sont pas correctement protégées. Des copeaux de métal, de l'huile et des liquides de coupe peuvent pénétrer dans le processus de fabrication. De plus, des corps étrangers peuvent facilement entrer lors du transport des plaques.La protection des canaux est généralement envisagée à l'avance, avec des protections telles que des adhésifs anti-poussière et des manchons de protection sur les embouts.

Le nettoyage des canaux internes des plaques de refroidissement est donc une mesure essentielle pour éliminer les contaminations et améliorer la propreté des canaux. En pratique, il est nécessaire de contrôler l'ensemble du processus. Sur cette base, des mesures spécifiques de contrôle de la contamination sont mises en place pour gérer efficacement les contaminations des canaux internes des plaques.

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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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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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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.

Nous mettrons régulièrement à jour les technologies et les informations sur la conception thermique et l'allègement et les partagerons avec vous pour votre référence. Merci de votre attention envers Walmate.

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.

Nous mettrons régulièrement à jour les technologies et les informations sur la conception thermique et l'allègement et les partagerons avec vous pour votre référence. Merci de votre attention envers Walmate.

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.

Nous mettrons régulièrement à jour les technologies et les informations sur la conception thermique et l'allègement et les partagerons avec vous pour votre référence. Merci de votre attention envers Walmate.