Le plateau de batterie utilise des matériaux isolants principalement pour empêcher les fuites de courant, protéger la sécurité du personnel et assurer le fonctionnement normal du système de batterie. Lors de la sélection, il est nécessaire de prendre en compte les propriétés isolantes du matériau, sa résistance à la chaleur, sa stabilité chimique et sa résistance mécanique. Ces facteurs déterminent ensemble l'effet d'application du matériau isolant dans le plateau de batterie, affectant ainsi la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système de batterie.
Partie 2 - Garantie de performance de résistance à la pression
Figure 1 Plateau de batterie pour véhicule électrique
1-Sélection des matériaux isolants et conception de solutions
Lors de la sélection des matériaux isolants pour les Plateau de batterie, l'accent est mis sur les propriétés diélectriques, la tolérance environnementale et les propriétés mécaniques des matériaux. Voici 6 matériaux isolants couramment utilisés dans les plateau de batterie et leurs informations associées :
Lors de la conception d'une solution, nous devons généralement prendre en compte de manière exhaustive les trois facteurs clés du scénario d'application, les exigences de performance et le budget de coût pour sélectionner le matériau isolant approprié. Par exemple :
(1) Sélectionnez en fonction du scénario d'application : dans un système de batterie de stockage d'énergie à haute tension et à courant élevé, si le côté du plateau de batterie nécessite un matériau isolant haute performance, il est recommandé d'utiliser la solution de fixation de film PI ; si les exigences de performance d'isolation ne sont pas élevées, la solution de pulvérisation de poudre isolante peut être sélectionnée. Pour la plaque inférieure du plateau de batterie, si une solution d'isolation à faible coût est recherchée, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus adaptée.
(2) Sélectionnez en fonction des exigences de performance : lorsque les exigences de performance d'isolation, de résistance aux hautes températures, de résistance à la corrosion chimique, etc. sont élevées, la solution de fixation de film PI est un meilleur choix ; si ces exigences de performance sont relativement faibles, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante peut répondre aux besoins.
(3) Sélectionnez en fonction du budget de coût : lorsque le budget de coût est limité, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus économique ; lorsque le budget est suffisant, la solution de fixation du film PI peut être sélectionnée.
2-Exigences techniques pour le film PI pour les plateau de batterie
(1) Matériau : PI, épaisseur du film de base 0,1-0,14 mm, épaisseur de l'adhésif arrière 0,03 mm, conductivité thermique du film PI > 0,3 W/(m·k) ;
(2) Résistance à la pression : AC 3000 V, 60 S, courant de fuite ≤ 0,5 mA ;
(3) (pâte froide) résistance au pelage à 180° ≥ 15 N/24 mm ;
(4) Isolation : DC 1500 V, 60 S, résistance d'isolation > 1000 MΩ ;
(5) Performances d'isolation de résistance à la chaleur et à l'électrolyte : à 500 ℃, tension DC 700 V, ajouter 2 ml d'électrolyte (zone de test 13 000 mm<H>2<H>), conserver pendant 1 h, pas de panne et pas d'étincelles ; (6) Performances thermiques et d'isolation : à 500±2℃, poursuivre la cuisson (four à moufle) pendant 0,5 h, la morphologie globale de l'échantillon change sans combustion spontanée et l'échantillon passe deux fois. Un courant alternatif de 1000 V est appliqué à la surface et la tension est augmentée de 0 V à 3000 pendant 10 S, puis continue pendant 60 S. L'échantillon testé ne présente aucune panne ni aucune étincelle ;
(7) Qualité ignifuge : UL94 V-0 ;
(8) Haute température et humidité élevée : après 1000 heures de test à 85℃ et 85 % d'humidité, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » sur la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli ;
(9) Choc à chaud et à froid : 85 °C pendant une heure, commuté à -40 °C pendant une heure, puis commuté à 85 °C pour les cycles à haute et basse température. Le temps de commutation est compris dans une heure et le temps de commutation est ≤ 3 min. Après 1 000 heures de cycles à haute et basse température, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(10) Test au brouillard salin : test au brouillard salin neutre (NSS) selon la norme GB/T 10125, température 35℃, humidité ≥85%RH, solution d'essai (5±0,1%) (fraction massique) NaCl, PH=6,5~7,2, pulvérisation continue pendant 72h. Après le test au brouillard salin, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(11) Le produit est conforme à la directive RoHS.
Figure 2 Film PI pour plateau de batterie
3-Méthodes de test de tension de tenue d'isolement et solutions aux problèmes courants
(1) Méthode de test de tension de tenue d'isolation
Le test de tension de tenue d'isolation est un moyen important d'évaluer les performances d'isolation des équipements électriques, notamment le test de tension de tenue CC et le test de tension de tenue CA. Le test de tension de tenue CC détecte si le matériau isolant se décompose dans un délai spécifié en appliquant une haute tension CC. L'équipement comprend un générateur de haute tension CC, un voltmètre, etc. Les étapes consistent à appliquer la tension, à maintenir la tension et à réduire la tension. Le test de tension de tenue CA applique une haute tension CA. L'équipement et les étapes sont similaires au test CC. Les deux méthodes nécessitent une préparation avant le test pour garantir que l'équipement est bien mis à la terre et que l'état de surface du matériau isolant est étroitement observé pendant le test.
(2) Problèmes courants et solutions
Les problèmes courants dans le test de tension de tenue d'isolation comprennent la rupture d'isolation, le courant de fuite excessif et la défaillance de l'équipement de test. La rupture d'isolation peut être causée par des performances insuffisantes du matériau isolant, des défauts internes ou de l'humidité. Les solutions comprennent la sélection de matériaux de haute qualité, le renforcement de la maintenance et l'amélioration de la structure de l'isolation. Un courant de fuite excessif peut être causé par une résistance d'isolation réduite, une contamination de surface ou une précision insuffisante de l'équipement de test. Les solutions comprennent le maintien du matériau isolant propre et sec et l'étalonnage de l'équipement de test. La défaillance d'un équipement de test peut être causée par son vieillissement, un entretien ou un fonctionnement inadéquat. Les solutions incluent un entretien régulier, un fonctionnement correct et une réparation rapide.
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Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle et des technologies de stockage d'énergie, le système de batterie, en tant que vecteur d'énergie central, a attiré une grande attention en termes de sécurité et de fiabilité. Le plateau bac de batterie, en tant que structure de support et de protection des modules de batterie, ses performances d'isolation électrique sont directement liées au fonctionnement en sécurité du véhicule complet, à la durée de vie de la batterie et à la sécurité personnelle des utilisateurs. La conception de la sécurité électrique du plateau bac de batterie est la pierre angulaire de la sécurité du système de batterie. Par des protections multi niveaux, telles que l'isolation, la structure, la chaleur, la surveillance, etc., elle garantit le fonctionnement stable de la batterie dans des conditions de travail complexes, réduit le risque d'incendie, d'explosion ou de choc électrique causé par des pannes électriques, et prolonge en même temps la durée de vie de la batterie et améliore la fiabilité du système.
Cet article, centré sur la sécurité d'isolation électrique du plateau bac de batterie, expose systématiquement ses principes de conception, les méthodes de vérification des performances de résistance à la pression, ainsi que l'analyse de la cause fondamentale et les stratégies d'amélioration des cas typiques de défaillance, en vue de fournir un soutien théorique et une référence pratique pour la conception de haute sécurité du système de batterie.
Part 1: Design Essentials
Le cœur de la conception de la sécurité électrique du système de batterie réside dans la trinité « prévention contrôle urgence » : prévenir les pannes par des mesures telles que l'isolation, la connexion fiable, la gestion de la chaleur, etc. ; réaliser le contrôle en temps réel avec l'aide de capteurs et de BMS ; répondre aux situations extrêmes en utilisant des conceptions telles que la prévention du feu, la décompression, etc. Chaque point doit agir en synergie pour garantir la sécurité et la fiabilité du système de batterie tout au long de son cycle de vie, tout en tenant compte de la maintenabilité et de la conformité. Le plateau bac de batterie dans le système de batterie non seulement supporte la structure, mais assume également de multiples fonctions telles que l'isolation électrique, la gestion de la chaleur, l'anti glissement, la protection mécanique, la mise à la terre et la conception modulaire, ce qui est crucial pour garantir la sécurité électrique du système de batterie.
1-Le support structurel assure la fiabilité de la connexion électrique
Le bac à batterie assure la fiabilité et la sécurité des connexions électriques dans des conditions de travail complexes en fixant les modules de batterie, en réduisant les contraintes mécaniques, en résistant aux vibrations et aux chocs, en maintenant l'alignement et en intégrant la protection de l'environnement et la gestion thermique.
Figure 1 Plateau de batterie
A. Support physique et fixation, assure le positionnement exact des points de connexion électrique (tels que les barres omnibus, les faisceaux de câbles, les connecteurs), évite le mauvais contact causé par la déformation ou le déplacement structurel ; fournit un cadre rigide, fixe les modules de batterie et les pièces de connexion, empêche la desserrage ou la rupture causée par les vibrations ou les chocs.
B.Isolement et protection environnementaux, empêche l'intrusion d'eau vapeur, de poussière, de brouillard salin, etc. par un design d'étanchéité (tels que IP67/IP68), évite le court circuit causé par la corrosion ou l'échec d'isolation ; bloque les chocs mécaniques externes ou les impacts d'objets étrangers, protège les pièces de connexion haute tension.
C. Synergie de la gestion de la chaleur, intègre une structure de dissipation de chaleur (tels que la plaque de refroidissement liquide, le coussin thermoconducteur) pour équilibrer la température, empêche l'oxydation ou le soudage par fusion des points de connexion causés par la surchauffe locale ; réduit les interférences thermiques entre les modules adjacents par un design d'isolation thermique, évite la différence d'expansion des matériaux causée par le gradient de température.
D. Support de la compatibilité électromagnétique (EMC), supprime les interférences électromagnétiques par une couche de blindage métallique ou un revêtement conducteur, protège les lignes de signal basse tension (tels que la ligne de communication BMS) contre les interférences du circuit haute tension.
2-La protection d'isolement crée un environnement d'isolement efficace
La conception d'isolation électrique de la batterie a pour but de construire un environnement capable non seulement d'isoler efficacement l'électricité haute tension, mais aussi de garantir le fonctionnement efficace du système, de sorte que le module de batterie puisse être emballé en toute sécurité dans toutes les conditions de travail, prévenant la libération accidentelle de l'énergie électrique et évitant ainsi les risques électriques potentiels.
A.La structure du plateau bac de batterie tient compte à la fois du support et de la protection par isolation :
l Préférer les matériaux d'aluminium alliage, tels que l'aluminium alliage extrudé, pour réaliser la légèreté tout en maintenant une haute rigidité et une résistance aux chocs. La structure extérieure supporte le poids du système de batterie entier et les chocs externes, utilise des profilés à section fermée pour renforcer la force structurelle, et la structure intérieure est conçue pour supporter les modules de batterie et la plaque de refroidissement à eau, assurant leur stabilité et leurs besoins de dissipation de chaleur.
l Utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures ou revêtements pour assurer une bonne isolation électrique entre le module de batterie et le plateau bac, les faisceaux de câbles haute tension doivent avoir un trajet de gestion spécial et une gaine isolante, garantissant la distance d'espacement électrique et la distance de creepage par rapport au plateau bac.
l Utiliser des techniques de soudage avancées telles que le soudage par friction-malaxage, améliorer la force de connexion, en même temps réduire la zone d'influence thermique, éviter la déformation et les fissures potentielles. Pour les parties difficiles à souder, utiliser la connexion par boulons ou le rivetage, combiné avec la colle d'étanchéité, assurer la fiabilité de la connexion mécanique et l'isolation électrique.
l Prendre en compte la modularité lors de la conception, faciliter le remplacement et la maintenance des batteries, sans affecter la stabilité de la structure globale.
Figure 2 Schéma de principe de la distance d'isolement et de fuite dans l'air
B.Points clés de la conception d'isolation haute basse tension :
l Les points de potentiel positif et négatif du système de batterie doivent être isolés du système d'alimentation basse tension et du plateau bac de batterie, assurer une distance d'espacement électrique et une distance de creepage suffisantes entre le circuit haute tension et le circuit de contrôle basse tension, conformément aux normes de sécurité, empêcher la fuite haute tension vers le système basse tension.
l La conception d'isolation haute basse tension doit prendre en compte la compatibilité électromagnétique (EMC), assurer que les mesures d'isolation n'introduisent pas d'interférences, maintenir le fonctionnement stable du système.
l Connexion à haute impédance, les systèmes haute basse sont connectés par une connexion à haute impédance, seulement autorisés à être connectés à la mise à la terre du véhicule (plateau bac de batterie) pour limiter le flux de courant, assurer que la panne du système haute tension ne se propage pas au système basse tension.
l Mesures d'isolation physique, lors de la conception du plateau bac de batterie, on peut disposer les composants haute basse tension dans différentes chambres fermées, réduire l'influence mutuelle par une séparation physique ; utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures entre le module de batterie et le plateau bac, tels que des plastiques polymères ou du caoutchouc, pour assurer l'isolation physique et électrique.
l Prendre en compte la maintenabilité des mesures d'isolation lors de la conception, assurer qu'on peut réaliser la réparation ou le remplacement en toute sécurité lorsqu'il y a besoin.
C.Points clés de la conception de protection par contact :
l Gestion des faisceaux de câbles haute tension : les faisceaux de câbles haute tension doivent être bien enveloppés dans une gaine isolante et gérés de manière ordonnée par des pinces de fixation ou des rainures de conducteur, éviter d'être exposés, réduire le risque de contact direct.
l Cloison de sécurité : installer des cloisons isolantes entre les modules de batterie et entre le module de batterie et la paroi du plateau bac, pour prévenir le risque d'électrochoc indirect causé par la fuite d'électrolyte en cas de dommage de la batterie.
l Encapsulation des composants haute tension : effectuer une encapsulation des composants clés tels que les connecteurs haute tension, les relais, etc., assurer que même à l'intérieur du plateau bac, ces composants ne peuvent pas être touchés directement par accident.
l Design fermé : le plateau bac de batterie est conçu en tant que structure fermée, utilise une coque métallique ou composite, assure que les composants haute tension à l'intérieur ne seront pas exposés, et la coque elle même doit également avoir de bonnes performances d'isolation.
l Mécanisme de verrouillage : pour les points de connexion haute tension pouvant être maintenus, utiliser un mécanisme de verrouillage, assurer qu'ils ne s'ouvrent pas facilement lors d'un opération non professionnelle, réduire le risque de toucher par erreur.
l Application des matériaux isolants : utiliser des matériaux isolants en tant que couche d'isolation entre le plateau bac de batterie et le module de batterie, assurer que même en cas de dommage du plateau bac, on peut empêcher le contact direct du corps humain avec la partie sous tension. Ces matériaux comprennent, mais ne sont pas limités à, les plastiques polymères, les rondelles de caoutchouc ou les revêtements.
3-Conception des identifications électriques
Les identifications électriques du plateau bac de batterie peuvent non seulement améliorer la sécurité des opérations, mais aussi simplifier le processus de maintenance, réduire le risque d'opérations erronées.
A.Identification claire
l Marquer clairement des avertissements tels que « Danger haute tension », « Ne pas toucher » sur le plateau bac de batterie et les composants haute tension environnants, assurer qu'ils peuvent être rapidement identifiés même en cas d'urgence.
l Utiliser le codage de couleur internationalement reconnu, par exemple, utiliser le rouge ou l'orange pour identifier la zone haute tension, le bleu pour représenter le courant continu, pour distinguer intuitivement les différentes caractéristiques électriques.
l Appliquer des symboles de sécurité électrique standardisés, tels que les symboles graphiques dans l'IEC 60417, pour représenter la haute tension, la mise à la terre, les points de coupure d'alimentation, etc., assurer la compréhensibilité mondiale des informations.
l Inclure le numéro de série, la date de production et l'information de lot du plateau bac de batterie, faciliter le suivi et la gestion du rappel.
l Sélectionner des matériaux et des techniques d'impression résistants à l'usure et à la corrosion, assurer que les identifications restent claires et lisibles tout au long du cycle de vie du plateau bac de batterie.
B.Avertissements d'identification
l Identifier clairement le danger haute tension sur le plateau bac de batterie et dans la région environnante, rappeler aux techniciens de maintenance d'attacher attention à la sécurité électrique et de respecter les procédures d'opération.
l Indiquer la distance de sécurité d'opération, en particulier près des connecteurs haute tension et des conducteurs nus, rappeler de maintenir une distance appropriée.
C.Guide d'opération
l Marquer clairement la position de mise à la terre du système de batterie et du plateau bac, assurer la mise en œuvre correcte des mesures de mise à la terre.
l Identifier les points de test en sécurité et les points d'accès de maintenance, ces points doivent être conçus en tant que points d'opération sous basse tension ou non sous tension.
l On peut également énumérer brièvement les opérations de base et les guides de sécurité dans la région non critique du plateau bac, guider le processus d'opération correct.
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Les blocs d'eau les plus populaires sont essentiellement de type microcanal en cuivre pur. La plaque inférieure en cuivre est directement traitée avec un racloir et les ailettes sont intégrées à la plaque inférieure pour réduire la résistance thermique. La plaque inférieure et la plaque de recouvrement sont brasées ou diffusées pour assurer la fiabilité de l'étanchéité.
Partie 3 : La principale structure de coût du bloc d'eau traité par le processus de découpage
1- Avantages de l'utilisation du procédé de skiving pour la fabrication de blocs d'eau
l Conception intégrée : le processus de découpe peut intégrer le fond et les ailettes, ce qui permet de réduire la résistance thermique de contact et d'améliorer la conductivité thermique. De plus, la conception intégrée de la plaque inférieure et des ailettes peut également améliorer la résistance structurelle.
l Traitement de haute précision : le processus de découpe peut produire une structure de dent très fine, et la hauteur, l'épaisseur et le pas des dents peuvent être contrôlés avec précision, ce qui rend les ailettes du dissipateur thermique plus denses, la zone de dissipation thermique plus grande et la dissipation thermique plus efficace. En même temps, il peut également mieux répondre aux besoins personnalisés des différents clients en termes de forme, de taille, etc.
l L'efficacité de la production est élevée et le processus de découpe peut être produit en série. Par rapport à la CNC traditionnelle, le processus de découpe peut traiter plusieurs pièces d'engrenage en même temps, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.
Figure 1 : Base de bloc d'eau avec différentes technologies de traitement a-Skiving b-CNC c-Forgeage à froid
2- Structure des coûts du bloc d'eau de skiving
l Coûts de conception et de développement : La complexité de conception du bloc d'eau de découpage est relativement élevée, en particulier lorsque des exigences élevées en matière de performances de dissipation thermique sont requises, ce qui nécessite une conception et une optimisation complexes du processus.
l Coût des matériaux : Les matériaux utilisés dans le processus de découpage sont principalement de l'aluminium et un alliage de cuivre. La conception combinant une plaque d'aluminium et un alliage de cuivre est plus courante dans la fabrication de radiateurs et présente un rapport coût-performance plus élevé, de sorte que la qualité de l'aluminium et du cuivre affecte directement le coût.
l Coût de traitement :
Coût du processus de découpage : Le processus de découpage implique des équipements d'usinage CNC de haute précision, tels que des machines-outils CNC à trois axes. L'utilisation de tels équipements nécessite un coût d'investissement élevé et les exigences techniques pour les opérateurs sont également élevées, ce qui augmentera les coûts de production.
Coût du processus de soudage : Dans le processus de fabrication des blocs d'eau, le processus de soudage est également un facteur de coût important. Le brasage sous vide et le soudage par diffusion sont deux méthodes de soudage couramment utilisées. Le brasage peut souder plusieurs joints en même temps, a une efficacité de production élevée, nécessite des matériaux de brasage, a des exigences élevées pour les conditions de processus et est difficile à contrôler la qualité ; l'équipement de soudage par diffusion a un investissement ponctuel important et le soudage par diffusion ne nécessite pas de charges, mais a des exigences élevées pour le traitement de surface de la pièce.
Coût du traitement de surface : Les méthodes de traitement de surface courantes comprennent l'anodisation, le placage, etc. Pour les blocs d'eau en alliage d'aluminium, l'anodisation peut améliorer la dureté de surface, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion, tout en augmentant l'esthétique du produit ; les blocs d'eau en cuivre seront plaqués, comme le nickelage, pour empêcher l'oxydation et la corrosion du cuivre, et augmenter la durée de vie et la fiabilité du produit.
l Autres coûts : inspection et tests, emballage et transport, etc.
3-Suggestions d'optimisation des coûts
l Optimisation de l'utilisation des matériaux：
Choisissez le bon matériau : par exemple, le cuivre présente une conductivité thermique élevée, une densité unitaire élevée et un prix unitaire élevé ; l'aluminium est léger, a un prix unitaire faible et une conductivité thermique légèrement médiocre.
Utilisation des matériaux : assurez une utilisation efficace des matériaux et réduisez le gaspillage de matériaux en calculant avec précision l'épaisseur et la marge des matériaux.
Figure 2 : Schéma de principe du calcul de la consommation de matériaux
l Optimisation des processus de production
Simplification des moules : Concevez des moules simples pour réduire la complexité et le coût des moules.
Réduction du taux de rebut : Réduisez le taux de rebut grâce à un contrôle précis des processus et à une inspection de la qualité.
Moulage en une seule étape : Optimisez les itinéraires de processus, réduisez les étapes de traitement multiples et améliorez l'efficacité de la production.
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En tant que composant clé du système de refroidissement liquide, la conception du bloc d'eau doit prendre en compte de multiples facteurs tels que les performances d'échange thermique, la résistance structurelle, la résistance à la corrosion, la résistance aux fuites et le contrôle des coûts. Le bloc d'eau est généralement conçu avec une structure complexe de fentes d'échange thermique (c'est-à-dire un canal d'écoulement), et la qualité de la conception de son canal d'écoulement interne détermine directement l'efficacité de l'échange thermique de l'ensemble du système.
Partie 2 : Conception de blocs d'eau, technologie de traitement et défis
1-Exigences de conception pour les blocs d'eau dans différents scénarios
Les appareils de calcul haute performance (tels que les processeurs haute performance, les GPU, etc.) génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement, de sorte que le bloc d'eau doit avoir des capacités de dissipation thermique efficaces. Afin de répondre aux exigences de dissipation thermique à haute densité de flux thermique, le bloc d'eau adopte généralement une conception de microcanaux haute densité pour augmenter la zone d'échange thermique et améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. De plus, certaines conceptions intègrent le bloc d'eau directement sur le processeur, éliminant ainsi l'étape d'application de graisse silicone, ce qui simplifie non seulement le processus d'assemblage, mais améliore également encore les performances de dissipation thermique. En termes de fiabilité, le bloc d'eau doit avoir d'excellentes performances d'étanchéité pour éviter les fuites et assurer un fonctionnement stable à long terme.
l Refroidissement de la carte graphique :
Les cartes graphiques sont des zones à forte production de chaleur, le bloc d'eau doit donc être entièrement recouvert pour garantir que tous les composants générateurs de chaleur de la carte graphique peuvent être refroidis efficacement. Dans le même temps, le refroidissement de la carte graphique nécessite un débit élevé de liquide de refroidissement, de sorte que la structure interne du bloc d'eau doit prendre en charge un débit élevé pour évacuer rapidement la chaleur.
l Centre de données :
Dans les centres de données, la conception structurelle du bloc d'eau doit répondre à de multiples exigences telles qu'une dissipation thermique efficace, un faible bruit, une fiabilité élevée, une adaptabilité à une densité de puissance élevée, une gestion intelligente et une adaptabilité environnementale pour assurer un fonctionnement stable et une dissipation thermique efficace des centres de données.
2- Tendance évolutive de la structure des blocs d'eau
La tendance évolutive de la conception structurelle des blocs d'eau reflète la double recherche d'innovation technologique et d'amélioration des performances, qui se reflète principalement dans les aspects suivants :
l Amélioration des performances de dissipation thermique :
Augmentation de la surface de contact : Certaines conceptions de blocs d'eau améliorent les performances de dissipation thermique en augmentant la surface de contact avec l'élément chauffant. Par exemple, une conception de base en cuivre de grande surface peut obtenir un bon contact et une bonne conduction thermique.
Optimisation de la structure interne : Optimisation du canal d'eau interne. Une idée consiste à optimiser l'écoulement du fluide, par exemple en passant d'ailettes ordinaires à des ailettes de direction, en présentant un canal d'écoulement à longue bande, en favorisant la séparation de la couche limite d'écoulement, en réduisant l'épaisseur de la couche limite et en améliorant l'efficacité de l'échange thermique ; une autre idée consiste à augmenter la zone de capacité thermique, par exemple en passant des canaux d'eau grossiers traditionnels à une conception à microcanaux, ce qui augmente considérablement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la plaque de base et améliore l'efficacité de la dissipation thermique. Dans certaines conceptions, le liquide de refroidissement est pulvérisé sur la plaque de base à microcanaux via une plaque de guidage pour augmenter la vitesse d'écoulement locale et la turbulence, améliorant ainsi considérablement l'efficacité d'absorption thermique.
l Conception intégrée et intelligente :
Conception intégrée : La conception intégrée intègre la pompe à eau, les ailettes du dissipateur thermique, la base de conduction thermique et d'autres composants ensemble pour réduire le nombre de points de connexion et améliorer la stabilité du système et l'efficacité de la dissipation thermique.
Intégration multifonctionnelle : En plus des performances de dissipation thermique, les blocs d'eau modernes ont également des fonctions d'affichage et de surveillance de la température.
Conception modulaire : La structure de boucle modulaire améliore la commodité et la liberté d'organisation.
Figure 1 : Base du bloc d'eau avec différentes épaisseurs d'ailettes
l Matériaux et finitions hautes performances :
L'utilisation de matériaux hautes performances tels que la base en cuivre pur, combinée à des technologies de traitement de surface telles que le nickelage, améliore la conductivité thermique et la résistance à la corrosion.
3-Technologie de traitement et défis
l Les propriétés des matériaux affectent le traitement :
Problèmes de dureté et de ténacité des matériaux : les radiateurs fabriqués à partir de différents matériaux, tels que le cuivre, l'aluminium et leurs alliages, ont une dureté et une ténacité différentes, ainsi que des exigences différentes en matière d'outils et de processus de traitement. Les matériaux ayant une dureté plus élevée s'usent plus rapidement et nécessitent des changements d'outils plus fréquents ; les matériaux ayant une meilleure ténacité sont sujets à la déformation et aux bavures lors de la coupe.
Le traitement des matériaux composites cuivre-aluminium est complexe : les dissipateurs thermiques à dents de pelle en matériaux composites cuivre-aluminium doivent d'abord être transformés en matériaux composites à l'aide de la technologie de pressage à l'état semi-fondu par coulée continue, puis le traitement à dents de pelle est effectué. Le processus est plus compliqué et nécessite une plus grande précision pour les équipements et les processus.
l Exigences élevées en matière de précision dimensionnelle :
Il est difficile de garantir la cohérence de la hauteur et de l'épaisseur des dents : pour certains dissipateurs thermiques à dents haute densité, la hauteur et l'épaisseur de chaque dent doivent être très cohérentes pour garantir les performances et l'uniformité du dissipateur thermique. Si la différence de hauteur et d'épaisseur des dents est trop importante, cela entraînera un transfert de chaleur inégal et affectera l'effet de dissipation thermique. Pendant le traitement, des équipements de haute précision et des systèmes de contrôle automatisés sont nécessaires pour garantir la cohérence des spécifications de chaque dent.
Il est difficile de contrôler l'espacement des dents : lorsque les dents du dissipateur thermique sont trop denses, leur densité et leur espacement compliquent le processus de traitement, et l'équipement de traitement doit avoir une vitesse et une précision plus élevées pour maintenir l'uniformité des dents. Par exemple, lorsque l'espacement des dents est trop petit, l'outil est sujet à des interférences pendant la coupe, ce qui affecte la précision de traitement et la qualité de surface.
l Exigences strictes en matière de qualité de surface
Problème de bavures : des bavures se forment facilement pendant le traitement, ce qui affecte non seulement l'esthétique du radiateur, mais peut également gêner le flux d'air et réduire l'effet de dissipation thermique. La génération de bavures peut être causée par une faible précision de coupe du matériau, l'usure des outils de traitement, etc., et des processus d'ébavurage correspondants doivent être adoptés pour les résoudre.
Rugosité de surface : la rugosité de surface du radiateur affecte ses performances de dissipation thermique et les effets du traitement de surface ultérieur. Une rugosité de surface excessive augmentera la résistance au flux d'air et réduira l'efficacité de la dissipation thermique. Un traitement de surface supplémentaire est nécessaire pour réduire la rugosité, ce qui augmente les coûts et le temps de traitement.
l Équipements de traitement et exigences de processus élevés
Précision et stabilité de l'équipement : le pelletage des engrenages nécessite une pelleteuse de haute précision, et la précision de l'équipement affecte directement la précision dimensionnelle et la qualité de surface des dents. Dans le même temps, l'équipement doit avoir une bonne stabilité pour assurer la cohérence dimensionnelle pendant le traitement à long terme.
Sélection et usure des outils : des outils appropriés sont essentiels à la qualité du traitement. Le matériau, les paramètres géométriques, etc. de l'outil doivent être sélectionnés en fonction des propriétés du matériau. Pendant le processus de traitement, l'usure de l'outil entraînera une augmentation de la force de coupe, une diminution de la précision dimensionnelle et une augmentation de la rugosité de la surface, et l'outil devra être ajusté ou remplacé à temps.
Vitesse d'avance et profondeur de coupe : des réglages déraisonnables de la vitesse d'avance et de la profondeur de coupe peuvent facilement entraîner des défauts de traitement. Si la vitesse d'avance est trop rapide et la profondeur de coupe trop importante, l'outil sera surchargé, ce qui entraînera un arrachement de l'outil, un rebond de l'outil, une chute de l'outil, etc., affectant la précision de traitement et la qualité de surface.
Figure 2 : Processus de coupe des dents
l Exigences de personnalisation élevées
Différents scénarios d'application ont des exigences différentes en matière de taille, de forme, de hauteur de dent, d'épaisseur de dent, d'espacement de dent et d'autres paramètres du radiateur, qui doivent être personnalisés en fonction des besoins spécifiques. Cela nécessite que le fabricant de traitement dispose de capacités d'ajustement de processus flexibles et d'une riche expérience pour répondre aux divers besoins de personnalisation.
Nous mettrons régulièrement à jour les informations et technologies relatives à la conception thermique et à l’allègement. Merci de votre intérêt pour Walmate.
Avec la croissance rapide de la puissance de calcul de l'intelligence artificielle mondiale et l'augmentation continue de la consommation d'énergie thermique (TDP) des puces, la demande de refroidissement des centres de données est confrontée à des défis sans précédent. Dans le même temps, les politiques de plus en plus strictes en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions de carbone dans le monde entier ont encore favorisé l'innovation en matière de technologie de refroidissement. Dans ce contexte, les solutions de refroidissement par air traditionnelles sont progressivement devenues difficiles à satisfaire à la double exigence de dissipation thermique efficace et d'économie d'énergie. La technologie de refroidissement liquide progresse rapidement en raison de ses excellentes performances de dissipation thermique et de ses avantages significatifs en matière d'économie d'énergie, devenant le choix dominant pour les solutions de refroidissement des centres de données. En tant qu'équipement de base pour le traitement et le stockage des données, les performances et la stabilité du serveur sont directement liées à l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble du système. Les composants de base du serveur, notamment la carte mère, le processeur, la mémoire, le disque dur et la carte graphique, génèrent beaucoup de chaleur en fonctionnement continu à forte charge. Si la chaleur ne peut pas être dissipée de manière opportune et efficace, cela affectera gravement les performances et la durée de vie du serveur. À cette fin, des systèmes de refroidissement liquide avancés ont été introduits dans les solutions de refroidissement des serveurs et installés directement sur les principales sources de chaleur telles que les processeurs et les cartes graphiques pour améliorer considérablement l'efficacité de la dissipation thermique.
Partie 1 : Structure et principe de fonctionnement du bloc d'eau
L'un des composants principaux du système de refroidissement liquide est le bloc d'eau, qui est généralement constitué de matériaux en cuivre ou en aluminium à haute conductivité thermique et est conçu avec des canaux d'eau précis et des structures de dissipateur de chaleur. Ces blocs d'eau s'adaptent parfaitement à la surface des sources de chaleur telles que les processeurs et les GPU, et absorbent et transfèrent rapidement la chaleur grâce à l'eau de refroidissement qui circule à l'intérieur. La chaleur est ensuite transportée vers le dissipateur de chaleur, qui circule ensuite dans le système de refroidissement par eau et finit par se dissiper dans l'air ambiant.
Figure 1 : Tendances de la consommation d'énergie thermique des principaux fabricants de puces
1- Types et caractéristiques courantes des blocs d'eau
l Bloc d'eau à microcanaux
Caractéristiques : Le bloc d'eau à microcanaux adopte une conception précise de micro-canaux d'eau. La structure du canal d'eau est fine et complexe, ce qui peut augmenter considérablement la zone de contact entre le liquide de refroidissement et les composants générateurs de chaleur, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. La conception du micro-canal d'eau peut également produire un fort effet de turbulence pendant l'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant encore le coefficient de transfert de chaleur par convection et obtenant un transfert de chaleur efficace.
Scénarios d'application : Il est particulièrement adapté aux processeurs et aux GPU à forte génération de chaleur, en particulier dans le calcul haute performance, l'overclocking et les centres de données, qui ont des exigences de dissipation thermique extrêmement élevées.
l Bloc d'eau à grand débit
Caractéristiques : La structure interne du bloc d'eau à grand débit est relativement simple, utilisant généralement une plaque de cuivre ou une conception de rainure gravée, et le coût de fabrication est faible. Son principal avantage est qu'il s'appuie sur un débit d'eau à grande vitesse pour évacuer rapidement la chaleur et qu'il convient à une utilisation avec un système de refroidissement par eau à grand débit. Bien que la structure soit simple, sa capacité de dissipation thermique efficace en fait un choix très rentable.
Scénario d'application : Convient aux scénarios avec certaines exigences en matière d'efficacité de dissipation thermique mais un budget limité, tels que les systèmes informatiques DIY de milieu à haut de gamme ou les clusters de serveurs de petite et moyenne taille.
l Bloc d'eau de type injection
Caractéristiques : Le bloc de refroidissement à eau de type jet pulvérise le liquide de refroidissement d'une buse étroite vers la plaque inférieure à micro-canaux à grande vitesse à travers la plaque de guidage, formant un fort effet de turbulence et améliorant considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. Cette conception augmente non seulement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base, mais optimise également davantage les performances d'échange thermique grâce à un flux à grande vitesse.
Scénarios d'application : Convient aux processeurs et GPU hautes performances, en particulier dans les scénarios à forte dissipation thermique et à haut débit, tels que l'overclocking, la formation à l'intelligence artificielle et le rendu graphique.
2-Structure générale du bloc d'eau
Un waterblock est un bloc métallique contenant des canaux d'eau à l'intérieur, généralement en cuivre ou en aluminium. Il n'entre pas en contact avec le processeur, la carte graphique ou d'autres appareils générateurs de chaleur. Sa conception structurelle détermine directement la qualité des performances de dissipation de chaleur. Un waterblock typique se compose généralement des éléments clés suivants :
l La base est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre ou l'alliage d'aluminium, et la surface est finement traitée pour assurer un contact étroit avec les composants générateurs de chaleur. La base est équipée d'une conception de canal d'écoulement complexe pour augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base.
l La plaque de recouvrement, avec la base, forme une cavité d'étanchéité du canal d'écoulement pour protéger le canal d'écoulement, le joint et les autres composants à l'intérieur du bloc d'eau de la poussière, des impuretés et des dommages physiques externes.
l L'entrée et la sortie d'eau sont les interfaces permettant au liquide de refroidissement d'entrer et de sortir de la tête de refroidissement par eau. Elles sont généralement conçues sur le côté ou sur le dessus de la tête de refroidissement par eau pour garantir que le liquide de refroidissement puisse entrer et sortir en douceur. La conception de la position doit tenir compte du trajet d'écoulement du fluide pour réduire la résistance à l'écoulement et augmenter le débit du liquide de refroidissement.
l Les clips sont utilisés pour fixer fermement la tête de refroidissement par eau au processeur ou à d'autres composants générateurs de chaleur afin de garantir une base solide et d'obtenir une conduction thermique efficace.
Figure 2 : Structure typique d'un bloc d'eau
3- Optimisation complète des performances de dissipation thermique
l Optimisation de la conception des canaux d'écoulement
Augmenter la surface de contact du canal d'écoulement : En concevant des canaux d'écoulement plus étroits et plus denses, la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base peut être considérablement augmentée, améliorant ainsi le coefficient de transfert de chaleur par convection. Par exemple, la conception du microcanal présente une structure de canal d'eau fine. Les paramètres de conception du bloc d'eau à microcanaux (tels que la largeur, la hauteur et l'espacement du canal) ont une influence décisive sur son efficacité de dissipation thermique : à mesure que la largeur du canal diminue, le coefficient de transfert de chaleur augmente considérablement, grâce à l'effet de turbulence amélioré du flux de liquide de refroidissement dans le canal étroit, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique ; la hauteur de canal plus élevée contribue à augmenter l'espace d'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances de transfert de chaleur ; l'espacement plus petit des canaux peut augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la source de chaleur, améliorant ainsi l'efficacité de dissipation thermique.
Il peut également être optimisé en optimisant la disposition des canaux d'écoulement et en réduisant les coudes des canaux d'écoulement : une disposition raisonnable des canaux d'écoulement peut garantir que le liquide de refroidissement recouvre uniformément la surface des composants générateurs de chaleur et réduire la différence de température locale. Les coudes dans le canal d'écoulement augmentent la perte de charge et la résistance interne à l'écoulement, réduisant ainsi l'efficacité du refroidissement. Le nombre de coudes doit être réduit au minimum lors de la conception. Si cela ne peut être évité, les coudes doivent être conçus comme des transitions douces pour réduire la chute de pression et optimiser les performances d'écoulement.
l Matériaux à haute conductivité thermique : La base du bloc d'eau est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre pur ou l'alliage d'aluminium. Ces matériaux peuvent transférer efficacement la chaleur de la source de chaleur au liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances globales de dissipation thermique.
l Optimisation des paramètres structurels, tels que l'épaisseur du substrat de base, les ailettes, la structure du spoiler, etc. L'augmentation de l'épaisseur du substrat entraînera une augmentation de la température maximale, de sorte que la conception doit trouver le meilleur équilibre entre l'effet de dissipation thermique et la résistance structurelle ; en augmentant la hauteur, l'épaisseur et l'espacement des ailettes, les performances de dissipation thermique peuvent être améliorées, mais en même temps, la résistance à l'écoulement augmentera également. Trouvez la meilleure combinaison de conception d'ailettes pour maximiser les performances de dissipation thermique. La forme de la colonne de spoiler peut améliorer efficacement l'effet de turbulence et améliorer l'efficacité de l'échange thermique.
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Basé sur la production réelle, cet article résume les problèmes courants, les causes et les méthodes d'amélioration du processus de soudage par friction-malaxage pour votre référence.
1-Défauts de surface
(1) Rainures de surface
l Description du problème : Les rainures de surface, également appelées défauts de labour, apparaissent généralement sur la surface supérieure de la soudure, tendant vers le bord avancé de la soudure, et ont la forme de rainures.
l Cause : Le flux de métal thermoplastique autour de la soudure est insuffisant et le métal plastique de la soudure ne peut pas remplir complètement la cavité instantanée laissée par l'aiguille d'agitation pendant son mouvement.
l Méthode d'amélioration : augmenter le diamètre de l'épaulement, augmenter la pression et réduire la vitesse de soudage.
Figure 1 : Rainures
（2）Bavures de bord
l Description du problème : Des bavures apparaissent sur le bord extérieur de la soudure et sont de forme ondulée.
l Cause : Mauvaise adaptation de la vitesse de rotation et de la vitesse de soudage, pression vers le bas excessive.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les paramètres de soudage et réduire la quantité de pression.
Figure 2 : Bavures de bord
（3）Décapage de surface
l Description du problème : Un pelage ou un filetage superficiel apparaît à la surface de la soudure sous forme de peau ou de filetage.
l Cause : Une grande quantité de chaleur générée par le frottement du métal s'accumule dans la surface du métal de la soudure, ce qui fait que le métal local à la surface atteint un état de fusion.
l Méthode d’amélioration : optimiser les paramètres de soudage, réduire la vitesse de rotation et augmenter la vitesse de soudage.
Figure 3 : Peeling de surface
(4) Cicatrice de soudure au dos
l Description du problème : Un cordon de soudure se forme à l'arrière de la soudure.
l Cause : Contrôle incorrect de la profondeur et de la pression de la tête d'agitation pendant le soudage.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les réglages de profondeur et de pression de la tête de mélange.
2-Défauts internes
(1) Pénétration incomplète
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : L'aiguille d'agitation n'est pas assez longue, ce qui entraîne une agitation insuffisante du matériau au fond de la soudure.
l Méthode d'amélioration : Sélectionnez la longueur d'aiguille d'agitation appropriée pour garantir que le matériau sur l'épaisseur de la soudure puisse être entièrement agité.
Figure 4 : Pénétration incomplète
(2) Trous
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : Pendant le processus de soudage, en raison d'un apport de chaleur par friction insuffisant, une quantité insuffisante de matériau atteint l'état plastifié, ce qui entraîne un flux de matériau insuffisant et une fermeture incomplète de la zone de soudure.
l Méthodes d'amélioration : optimiser les paramètres de soudage, améliorer la conception de l'aiguille d'agitation et contrôler la vitesse de soudage et la vitesse de rotation.
Figure 5 : Trous
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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.
Lori is a heat sink manufacturer of design and manufacturing high power heat sink, we have provided innovative thermal solutions for many high power industry device such as Aerospace industry,Medical, Communication server, Consumer Electronics etc. Our solutions include high power heat pipe thermal mould, liquid cooling system, staked fin heat sink solution etc.
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SIMULATION FLUIDE
Utilisation de logiciels de simulation pour analyser les performances thermiques des radiateurs et des plaques froides
Scénario d'application
Conditions de fonctionnement: Scénario à haute densité de flux thermique
Installation et disposition: Installation sur un seul côté
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique : Bonne dissipation thermique
Scénario d'application：0.5-1C
Installation et disposition: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: 36s, 48s, 52s, 104s
Caractéristique : Bonne efficacité de refroidissement
Le réfrigérant, à travers un évaporateur, libère la chaleur qui doit être absorbée par les plaques froides de la batterie, puis l'électricité générée par le fonctionnement de la pompe à eau est envoyée vers les plaques froides pour absorber la chaleur produite par l'équipement.
La technologie de refroidissement liquide utilise un liquide comme milieu pour l'échange thermique. Comparé à l'air, le liquide a une plus grande capacité thermique et une résistance à l'écoulement plus faible, ce qui permet une dissipation de chaleur plus rapide et une efficacité de refroidissement plus élevée. De plus, les systèmes de refroidissement liquide n'exigent pas la conception de conduits d'air, réduisant ainsi le besoin de composants mécaniques tels que les ventilateurs. Cela entraîne des taux de panne plus faibles, moins de bruit et une solution plus respectueuse de l'environnement. La nature économe en espace du refroidissement liquide le rend particulièrement adapté aux grandes centrales de stockage d'énergie de plus de MW, et il est largement utilisé dans des scénarios nécessitant une densité énergétique élevée des batteries et des vitesses de charge-décharge rapides.
Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) utilisent des batteries comme moyen de stockage de l'énergie. Contrairement aux combustibles fossiles traditionnels, les systèmes de stockage d'énergie par batterie peuvent stocker des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et éolienne, et les libérer lorsqu'il est nécessaire d'équilibrer l'offre et la demande d'énergie.
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: Personnalisation client
Caractéristique : Bonne dissipation thermique
Scénario d'application：0.5-1C
Installation et disposition: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: 36s, 48s, 52s, 104s
Caractéristique : Bonne efficacité de refroidissement
Pendant le fonctionnement de l'unité, l'évaporateur (échangeur de chaleur à plaques) absorbe la chaleur du système de circulation du fluide frigorigène grâce à l'évaporation du réfrigérant. La condensation du fluide frigorigène libère la chaleur dans l'air ambiant environnant. Le fluide frigorigène condensé retourne à l'évaporateur par la vanne d'expansion, et le processus de circulation se répète.
Températures plus basses du bloc-batterie : À température d'entrée et débit d'air maximum identiques, le refroidissement liquide peut obtenir une plus grande réduction de température, abaissant généralement la température maximale du bloc-batterie de 3 à 5 degrés Celsius par rapport au refroidissement par air.
Consommation d'énergie opérationnelle réduite : Pour atteindre la même température moyenne des batteries, le refroidissement par air nécessite environ 3 à 4 fois plus de consommation d'énergie opérationnelle par rapport au refroidissement liquide.
Risque faible de dérive thermique des batteries : Les solutions de refroidissement liquide peuvent compter sur un fluide de refroidissement à haut débit pour dissiper activement la chaleur des blocs-batteries et redistribuer la chaleur entre les modules de batterie, supprimant efficacement la dégradation continue de la dérive thermique et réduisant le risque de dérive.
Coûts d'investissement inférieurs : Étant donné que les systèmes de refroidissement liquide maintiennent plus efficacement les batteries à des températures de fonctionnement confortables, ils peuvent prolonger la durée de vie des batteries de plus de 20 % par rapport aux systèmes refroidis par air. En considérant le cycle de vie global, le refroidissement liquide nécessite moins d'investissement.
Avec la demande croissante de systèmes de stockage d'énergie de grande capacité, haute puissance et haute densité énergétique dans les scénarios de stockage d'énergie côté source-réseau et hors réseau, les systèmes de stockage d'énergie par batterie à refroidissement liquide sont devenus la solution principale dans l'industrie. En outre, l'accent mis par les clients sur le retour sur investissement (ROI) et les périodes de récupération a encore accéléré la tendance au développement des systèmes de stockage d'énergie par batteries (BESS) à taux de charge et de décharge élevés.
Une plus grande capacité, une densité de puissance plus élevée et des taux de charge-décharge plus élevés augmentent le risque de défaillance thermique du système. En conséquence, la demande de gestion thermique dans le stockage d'énergie a également augmenté, nécessitant une amélioration supplémentaire de l'efficacité de l'échange thermique de la gestion thermique du stockage d'énergie.
Scénario d'application：0.5-1C
Installation et disposition: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: 36s, 48s, 52s, 104s
Caractéristique : Bonne efficacité de refroidissement
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: Personnalisation client
Caractéristique : Bonne dissipation thermique
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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Le plateau de batterie utilise des matériaux isolants principalement pour empêcher les fuites de courant, protéger la sécurité du personnel et assurer le fonctionnement normal du système de batterie. Lors de la sélection, il est nécessaire de prendre en compte les propriétés isolantes du matériau, sa résistance à la chaleur, sa stabilité chimique et sa résistance mécanique. Ces facteurs déterminent ensemble l'effet d'application du matériau isolant dans le plateau de batterie, affectant ainsi la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système de batterie.
Partie 2 - Garantie de performance de résistance à la pression
Figure 1 Plateau de batterie pour véhicule électrique
1-Sélection des matériaux isolants et conception de solutions
Lors de la sélection des matériaux isolants pour les Plateau de batterie, l'accent est mis sur les propriétés diélectriques, la tolérance environnementale et les propriétés mécaniques des matériaux. Voici 6 matériaux isolants couramment utilisés dans les plateau de batterie et leurs informations associées :
Lors de la conception d'une solution, nous devons généralement prendre en compte de manière exhaustive les trois facteurs clés du scénario d'application, les exigences de performance et le budget de coût pour sélectionner le matériau isolant approprié. Par exemple :
(1) Sélectionnez en fonction du scénario d'application : dans un système de batterie de stockage d'énergie à haute tension et à courant élevé, si le côté du plateau de batterie nécessite un matériau isolant haute performance, il est recommandé d'utiliser la solution de fixation de film PI ; si les exigences de performance d'isolation ne sont pas élevées, la solution de pulvérisation de poudre isolante peut être sélectionnée. Pour la plaque inférieure du plateau de batterie, si une solution d'isolation à faible coût est recherchée, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus adaptée.
(2) Sélectionnez en fonction des exigences de performance : lorsque les exigences de performance d'isolation, de résistance aux hautes températures, de résistance à la corrosion chimique, etc. sont élevées, la solution de fixation de film PI est un meilleur choix ; si ces exigences de performance sont relativement faibles, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante peut répondre aux besoins.
(3) Sélectionnez en fonction du budget de coût : lorsque le budget de coût est limité, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus économique ; lorsque le budget est suffisant, la solution de fixation du film PI peut être sélectionnée.
2-Exigences techniques pour le film PI pour les plateau de batterie
(1) Matériau : PI, épaisseur du film de base 0,1-0,14 mm, épaisseur de l'adhésif arrière 0,03 mm, conductivité thermique du film PI > 0,3 W/(m·k) ;
(2) Résistance à la pression : AC 3000 V, 60 S, courant de fuite ≤ 0,5 mA ;
(3) (pâte froide) résistance au pelage à 180° ≥ 15 N/24 mm ;
(4) Isolation : DC 1500 V, 60 S, résistance d'isolation > 1000 MΩ ;
(5) Performances d'isolation de résistance à la chaleur et à l'électrolyte : à 500 ℃, tension DC 700 V, ajouter 2 ml d'électrolyte (zone de test 13 000 mm<H>2<H>), conserver pendant 1 h, pas de panne et pas d'étincelles ; (6) Performances thermiques et d'isolation : à 500±2℃, poursuivre la cuisson (four à moufle) pendant 0,5 h, la morphologie globale de l'échantillon change sans combustion spontanée et l'échantillon passe deux fois. Un courant alternatif de 1000 V est appliqué à la surface et la tension est augmentée de 0 V à 3000 pendant 10 S, puis continue pendant 60 S. L'échantillon testé ne présente aucune panne ni aucune étincelle ;
(7) Qualité ignifuge : UL94 V-0 ;
(8) Haute température et humidité élevée : après 1000 heures de test à 85℃ et 85 % d'humidité, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » sur la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli ;
(9) Choc à chaud et à froid : 85 °C pendant une heure, commuté à -40 °C pendant une heure, puis commuté à 85 °C pour les cycles à haute et basse température. Le temps de commutation est compris dans une heure et le temps de commutation est ≤ 3 min. Après 1 000 heures de cycles à haute et basse température, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(10) Test au brouillard salin : test au brouillard salin neutre (NSS) selon la norme GB/T 10125, température 35℃, humidité ≥85%RH, solution d'essai (5±0,1%) (fraction massique) NaCl, PH=6,5~7,2, pulvérisation continue pendant 72h. Après le test au brouillard salin, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(11) Le produit est conforme à la directive RoHS.
Figure 2 Film PI pour plateau de batterie
3-Méthodes de test de tension de tenue d'isolement et solutions aux problèmes courants
(1) Méthode de test de tension de tenue d'isolation
Le test de tension de tenue d'isolation est un moyen important d'évaluer les performances d'isolation des équipements électriques, notamment le test de tension de tenue CC et le test de tension de tenue CA. Le test de tension de tenue CC détecte si le matériau isolant se décompose dans un délai spécifié en appliquant une haute tension CC. L'équipement comprend un générateur de haute tension CC, un voltmètre, etc. Les étapes consistent à appliquer la tension, à maintenir la tension et à réduire la tension. Le test de tension de tenue CA applique une haute tension CA. L'équipement et les étapes sont similaires au test CC. Les deux méthodes nécessitent une préparation avant le test pour garantir que l'équipement est bien mis à la terre et que l'état de surface du matériau isolant est étroitement observé pendant le test.
(2) Problèmes courants et solutions
Les problèmes courants dans le test de tension de tenue d'isolation comprennent la rupture d'isolation, le courant de fuite excessif et la défaillance de l'équipement de test. La rupture d'isolation peut être causée par des performances insuffisantes du matériau isolant, des défauts internes ou de l'humidité. Les solutions comprennent la sélection de matériaux de haute qualité, le renforcement de la maintenance et l'amélioration de la structure de l'isolation. Un courant de fuite excessif peut être causé par une résistance d'isolation réduite, une contamination de surface ou une précision insuffisante de l'équipement de test. Les solutions comprennent le maintien du matériau isolant propre et sec et l'étalonnage de l'équipement de test. La défaillance d'un équipement de test peut être causée par son vieillissement, un entretien ou un fonctionnement inadéquat. Les solutions incluent un entretien régulier, un fonctionnement correct et une réparation rapide.
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Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle et des technologies de stockage d'énergie, le système de batterie, en tant que vecteur d'énergie central, a attiré une grande attention en termes de sécurité et de fiabilité. Le plateau bac de batterie, en tant que structure de support et de protection des modules de batterie, ses performances d'isolation électrique sont directement liées au fonctionnement en sécurité du véhicule complet, à la durée de vie de la batterie et à la sécurité personnelle des utilisateurs. La conception de la sécurité électrique du plateau bac de batterie est la pierre angulaire de la sécurité du système de batterie. Par des protections multi niveaux, telles que l'isolation, la structure, la chaleur, la surveillance, etc., elle garantit le fonctionnement stable de la batterie dans des conditions de travail complexes, réduit le risque d'incendie, d'explosion ou de choc électrique causé par des pannes électriques, et prolonge en même temps la durée de vie de la batterie et améliore la fiabilité du système.
Cet article, centré sur la sécurité d'isolation électrique du plateau bac de batterie, expose systématiquement ses principes de conception, les méthodes de vérification des performances de résistance à la pression, ainsi que l'analyse de la cause fondamentale et les stratégies d'amélioration des cas typiques de défaillance, en vue de fournir un soutien théorique et une référence pratique pour la conception de haute sécurité du système de batterie.
Part 1: Design Essentials
Le cœur de la conception de la sécurité électrique du système de batterie réside dans la trinité « prévention contrôle urgence » : prévenir les pannes par des mesures telles que l'isolation, la connexion fiable, la gestion de la chaleur, etc. ; réaliser le contrôle en temps réel avec l'aide de capteurs et de BMS ; répondre aux situations extrêmes en utilisant des conceptions telles que la prévention du feu, la décompression, etc. Chaque point doit agir en synergie pour garantir la sécurité et la fiabilité du système de batterie tout au long de son cycle de vie, tout en tenant compte de la maintenabilité et de la conformité. Le plateau bac de batterie dans le système de batterie non seulement supporte la structure, mais assume également de multiples fonctions telles que l'isolation électrique, la gestion de la chaleur, l'anti glissement, la protection mécanique, la mise à la terre et la conception modulaire, ce qui est crucial pour garantir la sécurité électrique du système de batterie.
1-Le support structurel assure la fiabilité de la connexion électrique
Le bac à batterie assure la fiabilité et la sécurité des connexions électriques dans des conditions de travail complexes en fixant les modules de batterie, en réduisant les contraintes mécaniques, en résistant aux vibrations et aux chocs, en maintenant l'alignement et en intégrant la protection de l'environnement et la gestion thermique.
Figure 1 Plateau de batterie
A. Support physique et fixation, assure le positionnement exact des points de connexion électrique (tels que les barres omnibus, les faisceaux de câbles, les connecteurs), évite le mauvais contact causé par la déformation ou le déplacement structurel ; fournit un cadre rigide, fixe les modules de batterie et les pièces de connexion, empêche la desserrage ou la rupture causée par les vibrations ou les chocs.
B.Isolement et protection environnementaux, empêche l'intrusion d'eau vapeur, de poussière, de brouillard salin, etc. par un design d'étanchéité (tels que IP67/IP68), évite le court circuit causé par la corrosion ou l'échec d'isolation ; bloque les chocs mécaniques externes ou les impacts d'objets étrangers, protège les pièces de connexion haute tension.
C. Synergie de la gestion de la chaleur, intègre une structure de dissipation de chaleur (tels que la plaque de refroidissement liquide, le coussin thermoconducteur) pour équilibrer la température, empêche l'oxydation ou le soudage par fusion des points de connexion causés par la surchauffe locale ; réduit les interférences thermiques entre les modules adjacents par un design d'isolation thermique, évite la différence d'expansion des matériaux causée par le gradient de température.
D. Support de la compatibilité électromagnétique (EMC), supprime les interférences électromagnétiques par une couche de blindage métallique ou un revêtement conducteur, protège les lignes de signal basse tension (tels que la ligne de communication BMS) contre les interférences du circuit haute tension.
2-La protection d'isolement crée un environnement d'isolement efficace
La conception d'isolation électrique de la batterie a pour but de construire un environnement capable non seulement d'isoler efficacement l'électricité haute tension, mais aussi de garantir le fonctionnement efficace du système, de sorte que le module de batterie puisse être emballé en toute sécurité dans toutes les conditions de travail, prévenant la libération accidentelle de l'énergie électrique et évitant ainsi les risques électriques potentiels.
A.La structure du plateau bac de batterie tient compte à la fois du support et de la protection par isolation :
l Préférer les matériaux d'aluminium alliage, tels que l'aluminium alliage extrudé, pour réaliser la légèreté tout en maintenant une haute rigidité et une résistance aux chocs. La structure extérieure supporte le poids du système de batterie entier et les chocs externes, utilise des profilés à section fermée pour renforcer la force structurelle, et la structure intérieure est conçue pour supporter les modules de batterie et la plaque de refroidissement à eau, assurant leur stabilité et leurs besoins de dissipation de chaleur.
l Utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures ou revêtements pour assurer une bonne isolation électrique entre le module de batterie et le plateau bac, les faisceaux de câbles haute tension doivent avoir un trajet de gestion spécial et une gaine isolante, garantissant la distance d'espacement électrique et la distance de creepage par rapport au plateau bac.
l Utiliser des techniques de soudage avancées telles que le soudage par friction-malaxage, améliorer la force de connexion, en même temps réduire la zone d'influence thermique, éviter la déformation et les fissures potentielles. Pour les parties difficiles à souder, utiliser la connexion par boulons ou le rivetage, combiné avec la colle d'étanchéité, assurer la fiabilité de la connexion mécanique et l'isolation électrique.
l Prendre en compte la modularité lors de la conception, faciliter le remplacement et la maintenance des batteries, sans affecter la stabilité de la structure globale.
Figure 2 Schéma de principe de la distance d'isolement et de fuite dans l'air
B.Points clés de la conception d'isolation haute basse tension :
l Les points de potentiel positif et négatif du système de batterie doivent être isolés du système d'alimentation basse tension et du plateau bac de batterie, assurer une distance d'espacement électrique et une distance de creepage suffisantes entre le circuit haute tension et le circuit de contrôle basse tension, conformément aux normes de sécurité, empêcher la fuite haute tension vers le système basse tension.
l La conception d'isolation haute basse tension doit prendre en compte la compatibilité électromagnétique (EMC), assurer que les mesures d'isolation n'introduisent pas d'interférences, maintenir le fonctionnement stable du système.
l Connexion à haute impédance, les systèmes haute basse sont connectés par une connexion à haute impédance, seulement autorisés à être connectés à la mise à la terre du véhicule (plateau bac de batterie) pour limiter le flux de courant, assurer que la panne du système haute tension ne se propage pas au système basse tension.
l Mesures d'isolation physique, lors de la conception du plateau bac de batterie, on peut disposer les composants haute basse tension dans différentes chambres fermées, réduire l'influence mutuelle par une séparation physique ; utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures entre le module de batterie et le plateau bac, tels que des plastiques polymères ou du caoutchouc, pour assurer l'isolation physique et électrique.
l Prendre en compte la maintenabilité des mesures d'isolation lors de la conception, assurer qu'on peut réaliser la réparation ou le remplacement en toute sécurité lorsqu'il y a besoin.
C.Points clés de la conception de protection par contact :
l Gestion des faisceaux de câbles haute tension : les faisceaux de câbles haute tension doivent être bien enveloppés dans une gaine isolante et gérés de manière ordonnée par des pinces de fixation ou des rainures de conducteur, éviter d'être exposés, réduire le risque de contact direct.
l Cloison de sécurité : installer des cloisons isolantes entre les modules de batterie et entre le module de batterie et la paroi du plateau bac, pour prévenir le risque d'électrochoc indirect causé par la fuite d'électrolyte en cas de dommage de la batterie.
l Encapsulation des composants haute tension : effectuer une encapsulation des composants clés tels que les connecteurs haute tension, les relais, etc., assurer que même à l'intérieur du plateau bac, ces composants ne peuvent pas être touchés directement par accident.
l Design fermé : le plateau bac de batterie est conçu en tant que structure fermée, utilise une coque métallique ou composite, assure que les composants haute tension à l'intérieur ne seront pas exposés, et la coque elle même doit également avoir de bonnes performances d'isolation.
l Mécanisme de verrouillage : pour les points de connexion haute tension pouvant être maintenus, utiliser un mécanisme de verrouillage, assurer qu'ils ne s'ouvrent pas facilement lors d'un opération non professionnelle, réduire le risque de toucher par erreur.
l Application des matériaux isolants : utiliser des matériaux isolants en tant que couche d'isolation entre le plateau bac de batterie et le module de batterie, assurer que même en cas de dommage du plateau bac, on peut empêcher le contact direct du corps humain avec la partie sous tension. Ces matériaux comprennent, mais ne sont pas limités à, les plastiques polymères, les rondelles de caoutchouc ou les revêtements.
3-Conception des identifications électriques
Les identifications électriques du plateau bac de batterie peuvent non seulement améliorer la sécurité des opérations, mais aussi simplifier le processus de maintenance, réduire le risque d'opérations erronées.
A.Identification claire
l Marquer clairement des avertissements tels que « Danger haute tension », « Ne pas toucher » sur le plateau bac de batterie et les composants haute tension environnants, assurer qu'ils peuvent être rapidement identifiés même en cas d'urgence.
l Utiliser le codage de couleur internationalement reconnu, par exemple, utiliser le rouge ou l'orange pour identifier la zone haute tension, le bleu pour représenter le courant continu, pour distinguer intuitivement les différentes caractéristiques électriques.
l Appliquer des symboles de sécurité électrique standardisés, tels que les symboles graphiques dans l'IEC 60417, pour représenter la haute tension, la mise à la terre, les points de coupure d'alimentation, etc., assurer la compréhensibilité mondiale des informations.
l Inclure le numéro de série, la date de production et l'information de lot du plateau bac de batterie, faciliter le suivi et la gestion du rappel.
l Sélectionner des matériaux et des techniques d'impression résistants à l'usure et à la corrosion, assurer que les identifications restent claires et lisibles tout au long du cycle de vie du plateau bac de batterie.
B.Avertissements d'identification
l Identifier clairement le danger haute tension sur le plateau bac de batterie et dans la région environnante, rappeler aux techniciens de maintenance d'attacher attention à la sécurité électrique et de respecter les procédures d'opération.
l Indiquer la distance de sécurité d'opération, en particulier près des connecteurs haute tension et des conducteurs nus, rappeler de maintenir une distance appropriée.
C.Guide d'opération
l Marquer clairement la position de mise à la terre du système de batterie et du plateau bac, assurer la mise en œuvre correcte des mesures de mise à la terre.
l Identifier les points de test en sécurité et les points d'accès de maintenance, ces points doivent être conçus en tant que points d'opération sous basse tension ou non sous tension.
l On peut également énumérer brièvement les opérations de base et les guides de sécurité dans la région non critique du plateau bac, guider le processus d'opération correct.
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Les blocs d'eau les plus populaires sont essentiellement de type microcanal en cuivre pur. La plaque inférieure en cuivre est directement traitée avec un racloir et les ailettes sont intégrées à la plaque inférieure pour réduire la résistance thermique. La plaque inférieure et la plaque de recouvrement sont brasées ou diffusées pour assurer la fiabilité de l'étanchéité.
Partie 3 : La principale structure de coût du bloc d'eau traité par le processus de découpage
1- Avantages de l'utilisation du procédé de skiving pour la fabrication de blocs d'eau
l Conception intégrée : le processus de découpe peut intégrer le fond et les ailettes, ce qui permet de réduire la résistance thermique de contact et d'améliorer la conductivité thermique. De plus, la conception intégrée de la plaque inférieure et des ailettes peut également améliorer la résistance structurelle.
l Traitement de haute précision : le processus de découpe peut produire une structure de dent très fine, et la hauteur, l'épaisseur et le pas des dents peuvent être contrôlés avec précision, ce qui rend les ailettes du dissipateur thermique plus denses, la zone de dissipation thermique plus grande et la dissipation thermique plus efficace. En même temps, il peut également mieux répondre aux besoins personnalisés des différents clients en termes de forme, de taille, etc.
l L'efficacité de la production est élevée et le processus de découpe peut être produit en série. Par rapport à la CNC traditionnelle, le processus de découpe peut traiter plusieurs pièces d'engrenage en même temps, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.
Figure 1 : Base de bloc d'eau avec différentes technologies de traitement a-Skiving b-CNC c-Forgeage à froid
2- Structure des coûts du bloc d'eau de skiving
l Coûts de conception et de développement : La complexité de conception du bloc d'eau de découpage est relativement élevée, en particulier lorsque des exigences élevées en matière de performances de dissipation thermique sont requises, ce qui nécessite une conception et une optimisation complexes du processus.
l Coût des matériaux : Les matériaux utilisés dans le processus de découpage sont principalement de l'aluminium et un alliage de cuivre. La conception combinant une plaque d'aluminium et un alliage de cuivre est plus courante dans la fabrication de radiateurs et présente un rapport coût-performance plus élevé, de sorte que la qualité de l'aluminium et du cuivre affecte directement le coût.
l Coût de traitement :
Coût du processus de découpage : Le processus de découpage implique des équipements d'usinage CNC de haute précision, tels que des machines-outils CNC à trois axes. L'utilisation de tels équipements nécessite un coût d'investissement élevé et les exigences techniques pour les opérateurs sont également élevées, ce qui augmentera les coûts de production.
Coût du processus de soudage : Dans le processus de fabrication des blocs d'eau, le processus de soudage est également un facteur de coût important. Le brasage sous vide et le soudage par diffusion sont deux méthodes de soudage couramment utilisées. Le brasage peut souder plusieurs joints en même temps, a une efficacité de production élevée, nécessite des matériaux de brasage, a des exigences élevées pour les conditions de processus et est difficile à contrôler la qualité ; l'équipement de soudage par diffusion a un investissement ponctuel important et le soudage par diffusion ne nécessite pas de charges, mais a des exigences élevées pour le traitement de surface de la pièce.
Coût du traitement de surface : Les méthodes de traitement de surface courantes comprennent l'anodisation, le placage, etc. Pour les blocs d'eau en alliage d'aluminium, l'anodisation peut améliorer la dureté de surface, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion, tout en augmentant l'esthétique du produit ; les blocs d'eau en cuivre seront plaqués, comme le nickelage, pour empêcher l'oxydation et la corrosion du cuivre, et augmenter la durée de vie et la fiabilité du produit.
l Autres coûts : inspection et tests, emballage et transport, etc.
3-Suggestions d'optimisation des coûts
l Optimisation de l'utilisation des matériaux：
Choisissez le bon matériau : par exemple, le cuivre présente une conductivité thermique élevée, une densité unitaire élevée et un prix unitaire élevé ; l'aluminium est léger, a un prix unitaire faible et une conductivité thermique légèrement médiocre.
Utilisation des matériaux : assurez une utilisation efficace des matériaux et réduisez le gaspillage de matériaux en calculant avec précision l'épaisseur et la marge des matériaux.
Figure 2 : Schéma de principe du calcul de la consommation de matériaux
l Optimisation des processus de production
Simplification des moules : Concevez des moules simples pour réduire la complexité et le coût des moules.
Réduction du taux de rebut : Réduisez le taux de rebut grâce à un contrôle précis des processus et à une inspection de la qualité.
Moulage en une seule étape : Optimisez les itinéraires de processus, réduisez les étapes de traitement multiples et améliorez l'efficacité de la production.
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En tant que composant clé du système de refroidissement liquide, la conception du bloc d'eau doit prendre en compte de multiples facteurs tels que les performances d'échange thermique, la résistance structurelle, la résistance à la corrosion, la résistance aux fuites et le contrôle des coûts. Le bloc d'eau est généralement conçu avec une structure complexe de fentes d'échange thermique (c'est-à-dire un canal d'écoulement), et la qualité de la conception de son canal d'écoulement interne détermine directement l'efficacité de l'échange thermique de l'ensemble du système.
Partie 2 : Conception de blocs d'eau, technologie de traitement et défis
1-Exigences de conception pour les blocs d'eau dans différents scénarios
Les appareils de calcul haute performance (tels que les processeurs haute performance, les GPU, etc.) génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement, de sorte que le bloc d'eau doit avoir des capacités de dissipation thermique efficaces. Afin de répondre aux exigences de dissipation thermique à haute densité de flux thermique, le bloc d'eau adopte généralement une conception de microcanaux haute densité pour augmenter la zone d'échange thermique et améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. De plus, certaines conceptions intègrent le bloc d'eau directement sur le processeur, éliminant ainsi l'étape d'application de graisse silicone, ce qui simplifie non seulement le processus d'assemblage, mais améliore également encore les performances de dissipation thermique. En termes de fiabilité, le bloc d'eau doit avoir d'excellentes performances d'étanchéité pour éviter les fuites et assurer un fonctionnement stable à long terme.
l Refroidissement de la carte graphique :
Les cartes graphiques sont des zones à forte production de chaleur, le bloc d'eau doit donc être entièrement recouvert pour garantir que tous les composants générateurs de chaleur de la carte graphique peuvent être refroidis efficacement. Dans le même temps, le refroidissement de la carte graphique nécessite un débit élevé de liquide de refroidissement, de sorte que la structure interne du bloc d'eau doit prendre en charge un débit élevé pour évacuer rapidement la chaleur.
l Centre de données :
Dans les centres de données, la conception structurelle du bloc d'eau doit répondre à de multiples exigences telles qu'une dissipation thermique efficace, un faible bruit, une fiabilité élevée, une adaptabilité à une densité de puissance élevée, une gestion intelligente et une adaptabilité environnementale pour assurer un fonctionnement stable et une dissipation thermique efficace des centres de données.
2- Tendance évolutive de la structure des blocs d'eau
La tendance évolutive de la conception structurelle des blocs d'eau reflète la double recherche d'innovation technologique et d'amélioration des performances, qui se reflète principalement dans les aspects suivants :
l Amélioration des performances de dissipation thermique :
Augmentation de la surface de contact : Certaines conceptions de blocs d'eau améliorent les performances de dissipation thermique en augmentant la surface de contact avec l'élément chauffant. Par exemple, une conception de base en cuivre de grande surface peut obtenir un bon contact et une bonne conduction thermique.
Optimisation de la structure interne : Optimisation du canal d'eau interne. Une idée consiste à optimiser l'écoulement du fluide, par exemple en passant d'ailettes ordinaires à des ailettes de direction, en présentant un canal d'écoulement à longue bande, en favorisant la séparation de la couche limite d'écoulement, en réduisant l'épaisseur de la couche limite et en améliorant l'efficacité de l'échange thermique ; une autre idée consiste à augmenter la zone de capacité thermique, par exemple en passant des canaux d'eau grossiers traditionnels à une conception à microcanaux, ce qui augmente considérablement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la plaque de base et améliore l'efficacité de la dissipation thermique. Dans certaines conceptions, le liquide de refroidissement est pulvérisé sur la plaque de base à microcanaux via une plaque de guidage pour augmenter la vitesse d'écoulement locale et la turbulence, améliorant ainsi considérablement l'efficacité d'absorption thermique.
l Conception intégrée et intelligente :
Conception intégrée : La conception intégrée intègre la pompe à eau, les ailettes du dissipateur thermique, la base de conduction thermique et d'autres composants ensemble pour réduire le nombre de points de connexion et améliorer la stabilité du système et l'efficacité de la dissipation thermique.
Intégration multifonctionnelle : En plus des performances de dissipation thermique, les blocs d'eau modernes ont également des fonctions d'affichage et de surveillance de la température.
Conception modulaire : La structure de boucle modulaire améliore la commodité et la liberté d'organisation.
Figure 1 : Base du bloc d'eau avec différentes épaisseurs d'ailettes
l Matériaux et finitions hautes performances :
L'utilisation de matériaux hautes performances tels que la base en cuivre pur, combinée à des technologies de traitement de surface telles que le nickelage, améliore la conductivité thermique et la résistance à la corrosion.
3-Technologie de traitement et défis
l Les propriétés des matériaux affectent le traitement :
Problèmes de dureté et de ténacité des matériaux : les radiateurs fabriqués à partir de différents matériaux, tels que le cuivre, l'aluminium et leurs alliages, ont une dureté et une ténacité différentes, ainsi que des exigences différentes en matière d'outils et de processus de traitement. Les matériaux ayant une dureté plus élevée s'usent plus rapidement et nécessitent des changements d'outils plus fréquents ; les matériaux ayant une meilleure ténacité sont sujets à la déformation et aux bavures lors de la coupe.
Le traitement des matériaux composites cuivre-aluminium est complexe : les dissipateurs thermiques à dents de pelle en matériaux composites cuivre-aluminium doivent d'abord être transformés en matériaux composites à l'aide de la technologie de pressage à l'état semi-fondu par coulée continue, puis le traitement à dents de pelle est effectué. Le processus est plus compliqué et nécessite une plus grande précision pour les équipements et les processus.
l Exigences élevées en matière de précision dimensionnelle :
Il est difficile de garantir la cohérence de la hauteur et de l'épaisseur des dents : pour certains dissipateurs thermiques à dents haute densité, la hauteur et l'épaisseur de chaque dent doivent être très cohérentes pour garantir les performances et l'uniformité du dissipateur thermique. Si la différence de hauteur et d'épaisseur des dents est trop importante, cela entraînera un transfert de chaleur inégal et affectera l'effet de dissipation thermique. Pendant le traitement, des équipements de haute précision et des systèmes de contrôle automatisés sont nécessaires pour garantir la cohérence des spécifications de chaque dent.
Il est difficile de contrôler l'espacement des dents : lorsque les dents du dissipateur thermique sont trop denses, leur densité et leur espacement compliquent le processus de traitement, et l'équipement de traitement doit avoir une vitesse et une précision plus élevées pour maintenir l'uniformité des dents. Par exemple, lorsque l'espacement des dents est trop petit, l'outil est sujet à des interférences pendant la coupe, ce qui affecte la précision de traitement et la qualité de surface.
l Exigences strictes en matière de qualité de surface
Problème de bavures : des bavures se forment facilement pendant le traitement, ce qui affecte non seulement l'esthétique du radiateur, mais peut également gêner le flux d'air et réduire l'effet de dissipation thermique. La génération de bavures peut être causée par une faible précision de coupe du matériau, l'usure des outils de traitement, etc., et des processus d'ébavurage correspondants doivent être adoptés pour les résoudre.
Rugosité de surface : la rugosité de surface du radiateur affecte ses performances de dissipation thermique et les effets du traitement de surface ultérieur. Une rugosité de surface excessive augmentera la résistance au flux d'air et réduira l'efficacité de la dissipation thermique. Un traitement de surface supplémentaire est nécessaire pour réduire la rugosité, ce qui augmente les coûts et le temps de traitement.
l Équipements de traitement et exigences de processus élevés
Précision et stabilité de l'équipement : le pelletage des engrenages nécessite une pelleteuse de haute précision, et la précision de l'équipement affecte directement la précision dimensionnelle et la qualité de surface des dents. Dans le même temps, l'équipement doit avoir une bonne stabilité pour assurer la cohérence dimensionnelle pendant le traitement à long terme.
Sélection et usure des outils : des outils appropriés sont essentiels à la qualité du traitement. Le matériau, les paramètres géométriques, etc. de l'outil doivent être sélectionnés en fonction des propriétés du matériau. Pendant le processus de traitement, l'usure de l'outil entraînera une augmentation de la force de coupe, une diminution de la précision dimensionnelle et une augmentation de la rugosité de la surface, et l'outil devra être ajusté ou remplacé à temps.
Vitesse d'avance et profondeur de coupe : des réglages déraisonnables de la vitesse d'avance et de la profondeur de coupe peuvent facilement entraîner des défauts de traitement. Si la vitesse d'avance est trop rapide et la profondeur de coupe trop importante, l'outil sera surchargé, ce qui entraînera un arrachement de l'outil, un rebond de l'outil, une chute de l'outil, etc., affectant la précision de traitement et la qualité de surface.
Figure 2 : Processus de coupe des dents
l Exigences de personnalisation élevées
Différents scénarios d'application ont des exigences différentes en matière de taille, de forme, de hauteur de dent, d'épaisseur de dent, d'espacement de dent et d'autres paramètres du radiateur, qui doivent être personnalisés en fonction des besoins spécifiques. Cela nécessite que le fabricant de traitement dispose de capacités d'ajustement de processus flexibles et d'une riche expérience pour répondre aux divers besoins de personnalisation.
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Avec la croissance rapide de la puissance de calcul de l'intelligence artificielle mondiale et l'augmentation continue de la consommation d'énergie thermique (TDP) des puces, la demande de refroidissement des centres de données est confrontée à des défis sans précédent. Dans le même temps, les politiques de plus en plus strictes en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions de carbone dans le monde entier ont encore favorisé l'innovation en matière de technologie de refroidissement. Dans ce contexte, les solutions de refroidissement par air traditionnelles sont progressivement devenues difficiles à satisfaire à la double exigence de dissipation thermique efficace et d'économie d'énergie. La technologie de refroidissement liquide progresse rapidement en raison de ses excellentes performances de dissipation thermique et de ses avantages significatifs en matière d'économie d'énergie, devenant le choix dominant pour les solutions de refroidissement des centres de données. En tant qu'équipement de base pour le traitement et le stockage des données, les performances et la stabilité du serveur sont directement liées à l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble du système. Les composants de base du serveur, notamment la carte mère, le processeur, la mémoire, le disque dur et la carte graphique, génèrent beaucoup de chaleur en fonctionnement continu à forte charge. Si la chaleur ne peut pas être dissipée de manière opportune et efficace, cela affectera gravement les performances et la durée de vie du serveur. À cette fin, des systèmes de refroidissement liquide avancés ont été introduits dans les solutions de refroidissement des serveurs et installés directement sur les principales sources de chaleur telles que les processeurs et les cartes graphiques pour améliorer considérablement l'efficacité de la dissipation thermique.
Partie 1 : Structure et principe de fonctionnement du bloc d'eau
L'un des composants principaux du système de refroidissement liquide est le bloc d'eau, qui est généralement constitué de matériaux en cuivre ou en aluminium à haute conductivité thermique et est conçu avec des canaux d'eau précis et des structures de dissipateur de chaleur. Ces blocs d'eau s'adaptent parfaitement à la surface des sources de chaleur telles que les processeurs et les GPU, et absorbent et transfèrent rapidement la chaleur grâce à l'eau de refroidissement qui circule à l'intérieur. La chaleur est ensuite transportée vers le dissipateur de chaleur, qui circule ensuite dans le système de refroidissement par eau et finit par se dissiper dans l'air ambiant.
Figure 1 : Tendances de la consommation d'énergie thermique des principaux fabricants de puces
1- Types et caractéristiques courantes des blocs d'eau
l Bloc d'eau à microcanaux
Caractéristiques : Le bloc d'eau à microcanaux adopte une conception précise de micro-canaux d'eau. La structure du canal d'eau est fine et complexe, ce qui peut augmenter considérablement la zone de contact entre le liquide de refroidissement et les composants générateurs de chaleur, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. La conception du micro-canal d'eau peut également produire un fort effet de turbulence pendant l'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant encore le coefficient de transfert de chaleur par convection et obtenant un transfert de chaleur efficace.
Scénarios d'application : Il est particulièrement adapté aux processeurs et aux GPU à forte génération de chaleur, en particulier dans le calcul haute performance, l'overclocking et les centres de données, qui ont des exigences de dissipation thermique extrêmement élevées.
l Bloc d'eau à grand débit
Caractéristiques : La structure interne du bloc d'eau à grand débit est relativement simple, utilisant généralement une plaque de cuivre ou une conception de rainure gravée, et le coût de fabrication est faible. Son principal avantage est qu'il s'appuie sur un débit d'eau à grande vitesse pour évacuer rapidement la chaleur et qu'il convient à une utilisation avec un système de refroidissement par eau à grand débit. Bien que la structure soit simple, sa capacité de dissipation thermique efficace en fait un choix très rentable.
Scénario d'application : Convient aux scénarios avec certaines exigences en matière d'efficacité de dissipation thermique mais un budget limité, tels que les systèmes informatiques DIY de milieu à haut de gamme ou les clusters de serveurs de petite et moyenne taille.
l Bloc d'eau de type injection
Caractéristiques : Le bloc de refroidissement à eau de type jet pulvérise le liquide de refroidissement d'une buse étroite vers la plaque inférieure à micro-canaux à grande vitesse à travers la plaque de guidage, formant un fort effet de turbulence et améliorant considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. Cette conception augmente non seulement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base, mais optimise également davantage les performances d'échange thermique grâce à un flux à grande vitesse.
Scénarios d'application : Convient aux processeurs et GPU hautes performances, en particulier dans les scénarios à forte dissipation thermique et à haut débit, tels que l'overclocking, la formation à l'intelligence artificielle et le rendu graphique.
2-Structure générale du bloc d'eau
Un waterblock est un bloc métallique contenant des canaux d'eau à l'intérieur, généralement en cuivre ou en aluminium. Il n'entre pas en contact avec le processeur, la carte graphique ou d'autres appareils générateurs de chaleur. Sa conception structurelle détermine directement la qualité des performances de dissipation de chaleur. Un waterblock typique se compose généralement des éléments clés suivants :
l La base est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre ou l'alliage d'aluminium, et la surface est finement traitée pour assurer un contact étroit avec les composants générateurs de chaleur. La base est équipée d'une conception de canal d'écoulement complexe pour augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base.
l La plaque de recouvrement, avec la base, forme une cavité d'étanchéité du canal d'écoulement pour protéger le canal d'écoulement, le joint et les autres composants à l'intérieur du bloc d'eau de la poussière, des impuretés et des dommages physiques externes.
l L'entrée et la sortie d'eau sont les interfaces permettant au liquide de refroidissement d'entrer et de sortir de la tête de refroidissement par eau. Elles sont généralement conçues sur le côté ou sur le dessus de la tête de refroidissement par eau pour garantir que le liquide de refroidissement puisse entrer et sortir en douceur. La conception de la position doit tenir compte du trajet d'écoulement du fluide pour réduire la résistance à l'écoulement et augmenter le débit du liquide de refroidissement.
l Les clips sont utilisés pour fixer fermement la tête de refroidissement par eau au processeur ou à d'autres composants générateurs de chaleur afin de garantir une base solide et d'obtenir une conduction thermique efficace.
Figure 2 : Structure typique d'un bloc d'eau
3- Optimisation complète des performances de dissipation thermique
l Optimisation de la conception des canaux d'écoulement
Augmenter la surface de contact du canal d'écoulement : En concevant des canaux d'écoulement plus étroits et plus denses, la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base peut être considérablement augmentée, améliorant ainsi le coefficient de transfert de chaleur par convection. Par exemple, la conception du microcanal présente une structure de canal d'eau fine. Les paramètres de conception du bloc d'eau à microcanaux (tels que la largeur, la hauteur et l'espacement du canal) ont une influence décisive sur son efficacité de dissipation thermique : à mesure que la largeur du canal diminue, le coefficient de transfert de chaleur augmente considérablement, grâce à l'effet de turbulence amélioré du flux de liquide de refroidissement dans le canal étroit, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique ; la hauteur de canal plus élevée contribue à augmenter l'espace d'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances de transfert de chaleur ; l'espacement plus petit des canaux peut augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la source de chaleur, améliorant ainsi l'efficacité de dissipation thermique.
Il peut également être optimisé en optimisant la disposition des canaux d'écoulement et en réduisant les coudes des canaux d'écoulement : une disposition raisonnable des canaux d'écoulement peut garantir que le liquide de refroidissement recouvre uniformément la surface des composants générateurs de chaleur et réduire la différence de température locale. Les coudes dans le canal d'écoulement augmentent la perte de charge et la résistance interne à l'écoulement, réduisant ainsi l'efficacité du refroidissement. Le nombre de coudes doit être réduit au minimum lors de la conception. Si cela ne peut être évité, les coudes doivent être conçus comme des transitions douces pour réduire la chute de pression et optimiser les performances d'écoulement.
l Matériaux à haute conductivité thermique : La base du bloc d'eau est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre pur ou l'alliage d'aluminium. Ces matériaux peuvent transférer efficacement la chaleur de la source de chaleur au liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances globales de dissipation thermique.
l Optimisation des paramètres structurels, tels que l'épaisseur du substrat de base, les ailettes, la structure du spoiler, etc. L'augmentation de l'épaisseur du substrat entraînera une augmentation de la température maximale, de sorte que la conception doit trouver le meilleur équilibre entre l'effet de dissipation thermique et la résistance structurelle ; en augmentant la hauteur, l'épaisseur et l'espacement des ailettes, les performances de dissipation thermique peuvent être améliorées, mais en même temps, la résistance à l'écoulement augmentera également. Trouvez la meilleure combinaison de conception d'ailettes pour maximiser les performances de dissipation thermique. La forme de la colonne de spoiler peut améliorer efficacement l'effet de turbulence et améliorer l'efficacité de l'échange thermique.
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Basé sur la production réelle, cet article résume les problèmes courants, les causes et les méthodes d'amélioration du processus de soudage par friction-malaxage pour votre référence.
1-Défauts de surface
(1) Rainures de surface
l Description du problème : Les rainures de surface, également appelées défauts de labour, apparaissent généralement sur la surface supérieure de la soudure, tendant vers le bord avancé de la soudure, et ont la forme de rainures.
l Cause : Le flux de métal thermoplastique autour de la soudure est insuffisant et le métal plastique de la soudure ne peut pas remplir complètement la cavité instantanée laissée par l'aiguille d'agitation pendant son mouvement.
l Méthode d'amélioration : augmenter le diamètre de l'épaulement, augmenter la pression et réduire la vitesse de soudage.
Figure 1 : Rainures
（2）Bavures de bord
l Description du problème : Des bavures apparaissent sur le bord extérieur de la soudure et sont de forme ondulée.
l Cause : Mauvaise adaptation de la vitesse de rotation et de la vitesse de soudage, pression vers le bas excessive.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les paramètres de soudage et réduire la quantité de pression.
Figure 2 : Bavures de bord
（3）Décapage de surface
l Description du problème : Un pelage ou un filetage superficiel apparaît à la surface de la soudure sous forme de peau ou de filetage.
l Cause : Une grande quantité de chaleur générée par le frottement du métal s'accumule dans la surface du métal de la soudure, ce qui fait que le métal local à la surface atteint un état de fusion.
l Méthode d’amélioration : optimiser les paramètres de soudage, réduire la vitesse de rotation et augmenter la vitesse de soudage.
Figure 3 : Peeling de surface
(4) Cicatrice de soudure au dos
l Description du problème : Un cordon de soudure se forme à l'arrière de la soudure.
l Cause : Contrôle incorrect de la profondeur et de la pression de la tête d'agitation pendant le soudage.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les réglages de profondeur et de pression de la tête de mélange.
2-Défauts internes
(1) Pénétration incomplète
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : L'aiguille d'agitation n'est pas assez longue, ce qui entraîne une agitation insuffisante du matériau au fond de la soudure.
l Méthode d'amélioration : Sélectionnez la longueur d'aiguille d'agitation appropriée pour garantir que le matériau sur l'épaisseur de la soudure puisse être entièrement agité.
Figure 4 : Pénétration incomplète
(2) Trous
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : Pendant le processus de soudage, en raison d'un apport de chaleur par friction insuffisant, une quantité insuffisante de matériau atteint l'état plastifié, ce qui entraîne un flux de matériau insuffisant et une fermeture incomplète de la zone de soudure.
l Méthodes d'amélioration : optimiser les paramètres de soudage, améliorer la conception de l'aiguille d'agitation et contrôler la vitesse de soudage et la vitesse de rotation.
Figure 5 : Trous
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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.
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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.
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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
Nom de la technologie de refroidissement | Principe de fonctionnement | Caractéristiques |
Refroidissement par eau sur un seul côté | Le module est pressé contre un côté du radiateur et de la graisse silicone thermoconductrice est appliquée entre le module et le radiateur pour réduire la résistance thermique de contact. Le liquide de refroidissement traverse le module dans le canal d'écoulement et évacue la chaleur. | Structure compacte; faible coût du module; Le volume est très faible; le taux d’utilisation des plaques froides est élevé.
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Technologie de refroidissement par eau à double couche | Le module est serti des deux côtés du radiateur de refroidissement par eau indirect en appliquant de la graisse silicone thermoconductrice des deux côtés du module et en concevant une structure isolante ou d'autres formes de connexions d'isolation et de dissipation thermique. Le liquide de refroidissement traverse le module dans le canal d'écoulement et évacue la chaleur. | Conception de structure flexible ; faible coût; petit volume; taux d'utilisation du substrat élevé.
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ShowerPowe Technologie ShowerPower | Le module de base en cuivre est utilisé pour réaliser un refroidissement direct par eau afin de réduire la résistance thermique du système. L'utilisation d'une structure de dissipation thermique à effet turbulent augmente considérablement la zone de contact entre le liquide de refroidissement et la plaque de base en cuivre et augmente l'efficacité de l'échange thermique. | Bon effet de spoiler ; efficacité d’échange thermique élevée ; bonne uniformité de la température ; fiabilité élevée du module. Il convient aux conditions de dissipation thermique qui nécessitent une fiabilité élevée, une densité d’échange thermique élevée et une bonne uniformité de température.
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Technologie de substrat de refroidissement par eau à broches IGBT | La structure à broches-ailettes du substrat de refroidissement par eau à broches convient aux modules de boîtier IGBT avec des conceptions de refroidissement par eau de plus grande puissance. Cette structure est utilisée pour éliminer la graisse de silicone conductrice thermique ou d'autres matériaux de remplissage entre le module de puissance et le refroidissement par eau à broches. substrat. La structure de refroidissement par eau échange directement de la chaleur avec le module. | Le module a une fiabilité élevée et une efficacité d'échange thermique élevée ; il est en contact direct avec le substrat et a une faible résistance thermique ; Convient aux conceptions à haute puissance refroidies par eau et aux conditions de dissipation thermique avec des exigences élevées en matière de résistance thermique. |
| La plaque froide intégrée au module de refroidissement par eau intègre le module de dissipation thermique et le module d'alimentation, ce qui améliore la coopération entre le dissipateur thermique et le module d'alimentation et présente un haut degré d'intégration. | Le module a une fiabilité élevée; une faible résistance thermique ; Efficacité élevée de l'échange thermique; degré élevé d'intégration ; modules faciles à remplacer; Convient à la production par lots de produits modulaires. |
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.
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
Méthode de refroidissement | Refroidissement liquide |
Fluide de refroidissement | Eau pure + solution à 50% d'éthylène glycol |
Température d'entrée | 18℃ |
Débit d'eau d'entrée | 8L/min |
Épaisseur du silicone conducteur thermique | 0.5mm |
2.2 Informations sur les spécifications du dispositif source de chaleur:
La capacité thermique spécifique | 0.9~1.1（kJ/(kg·K)） |
Conductivité thermique interne direction X (largeur) | 20~21W/m·K |
Conductivité thermique interne direction Y (épaisseur) | 2~3W/m·K |
Conductivité thermique interne direction Z (haut) | 20~21W/m·K |
Puissance de chauffage de 0,5C | 12.5W |
Nombre de cellules par pack | 72S |
Puissance calorifique totale d'un seul pack | 900W |
2.3 Silicone conducteur thermique
Performance | Composant A | Composant B | |
| Apparence | Pâte jaune | Pâte blanche |
Viscosité (Pa.s) | 125000 | 125000 | |
Le rapport de mélange | 50% | 50% | |
Viscosité après mélange | 125000 | ||
Temps de fonctionnement à 25℃ (minutes) | 40 | ||
Temps de durcissement (Min, H) | 8min（@100℃）；1-2h（@25℃） | ||
固化后 | Dureté/shore00 | 50±5 | |
Conductivité thermique W/m·K | 2.0±0.2 | ||
Rigidité diélectrique (KV/mm) | ≥6.0 | ||
Résistivité volumique Ω.cm | ≥1.0×1012 | ||
Constante diélectrique | 5.3 | ||
Densité spécifique g/cm | 2.8±0.2 | ||
Indice ignifuge | UL 94V-0 | ||
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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Le plateau de batterie utilise des matériaux isolants principalement pour empêcher les fuites de courant, protéger la sécurité du personnel et assurer le fonctionnement normal du système de batterie. Lors de la sélection, il est nécessaire de prendre en compte les propriétés isolantes du matériau, sa résistance à la chaleur, sa stabilité chimique et sa résistance mécanique. Ces facteurs déterminent ensemble l'effet d'application du matériau isolant dans le plateau de batterie, affectant ainsi la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système de batterie.
Partie 2 - Garantie de performance de résistance à la pression
Figure 1 Plateau de batterie pour véhicule électrique
1-Sélection des matériaux isolants et conception de solutions
Lors de la sélection des matériaux isolants pour les Plateau de batterie, l'accent est mis sur les propriétés diélectriques, la tolérance environnementale et les propriétés mécaniques des matériaux. Voici 6 matériaux isolants couramment utilisés dans les plateau de batterie et leurs informations associées :
Lors de la conception d'une solution, nous devons généralement prendre en compte de manière exhaustive les trois facteurs clés du scénario d'application, les exigences de performance et le budget de coût pour sélectionner le matériau isolant approprié. Par exemple :
(1) Sélectionnez en fonction du scénario d'application : dans un système de batterie de stockage d'énergie à haute tension et à courant élevé, si le côté du plateau de batterie nécessite un matériau isolant haute performance, il est recommandé d'utiliser la solution de fixation de film PI ; si les exigences de performance d'isolation ne sont pas élevées, la solution de pulvérisation de poudre isolante peut être sélectionnée. Pour la plaque inférieure du plateau de batterie, si une solution d'isolation à faible coût est recherchée, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus adaptée.
(2) Sélectionnez en fonction des exigences de performance : lorsque les exigences de performance d'isolation, de résistance aux hautes températures, de résistance à la corrosion chimique, etc. sont élevées, la solution de fixation de film PI est un meilleur choix ; si ces exigences de performance sont relativement faibles, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante peut répondre aux besoins.
(3) Sélectionnez en fonction du budget de coût : lorsque le budget de coût est limité, la solution de pulvérisation de poudre isolante ou de revêtement de peinture isolante est plus économique ; lorsque le budget est suffisant, la solution de fixation du film PI peut être sélectionnée.
2-Exigences techniques pour le film PI pour les plateau de batterie
(1) Matériau : PI, épaisseur du film de base 0,1-0,14 mm, épaisseur de l'adhésif arrière 0,03 mm, conductivité thermique du film PI > 0,3 W/(m·k) ;
(2) Résistance à la pression : AC 3000 V, 60 S, courant de fuite ≤ 0,5 mA ;
(3) (pâte froide) résistance au pelage à 180° ≥ 15 N/24 mm ;
(4) Isolation : DC 1500 V, 60 S, résistance d'isolation > 1000 MΩ ;
(5) Performances d'isolation de résistance à la chaleur et à l'électrolyte : à 500 ℃, tension DC 700 V, ajouter 2 ml d'électrolyte (zone de test 13 000 mm<H>2<H>), conserver pendant 1 h, pas de panne et pas d'étincelles ; (6) Performances thermiques et d'isolation : à 500±2℃, poursuivre la cuisson (four à moufle) pendant 0,5 h, la morphologie globale de l'échantillon change sans combustion spontanée et l'échantillon passe deux fois. Un courant alternatif de 1000 V est appliqué à la surface et la tension est augmentée de 0 V à 3000 pendant 10 S, puis continue pendant 60 S. L'échantillon testé ne présente aucune panne ni aucune étincelle ;
(7) Qualité ignifuge : UL94 V-0 ;
(8) Haute température et humidité élevée : après 1000 heures de test à 85℃ et 85 % d'humidité, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » sur la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli ;
(9) Choc à chaud et à froid : 85 °C pendant une heure, commuté à -40 °C pendant une heure, puis commuté à 85 °C pour les cycles à haute et basse température. Le temps de commutation est compris dans une heure et le temps de commutation est ≤ 3 min. Après 1 000 heures de cycles à haute et basse température, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(10) Test au brouillard salin : test au brouillard salin neutre (NSS) selon la norme GB/T 10125, température 35℃, humidité ≥85%RH, solution d'essai (5±0,1%) (fraction massique) NaCl, PH=6,5~7,2, pulvérisation continue pendant 72h. Après le test au brouillard salin, l'échantillon ne présente aucune fissure ni déformation, répondant à la norme nationale « GBT 13542.6-2006 Film d'isolation électrique Partie 6 : Film polyimide pour isolation électrique » pour la résistance d'isolation, la valeur de tension de tenue et les exigences de résistance électrique. La résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance au pelage sont réduits de moins de 30 % par rapport au matériau non vieilli.
(11) Le produit est conforme à la directive RoHS.
Figure 2 Film PI pour plateau de batterie
3-Méthodes de test de tension de tenue d'isolement et solutions aux problèmes courants
(1) Méthode de test de tension de tenue d'isolation
Le test de tension de tenue d'isolation est un moyen important d'évaluer les performances d'isolation des équipements électriques, notamment le test de tension de tenue CC et le test de tension de tenue CA. Le test de tension de tenue CC détecte si le matériau isolant se décompose dans un délai spécifié en appliquant une haute tension CC. L'équipement comprend un générateur de haute tension CC, un voltmètre, etc. Les étapes consistent à appliquer la tension, à maintenir la tension et à réduire la tension. Le test de tension de tenue CA applique une haute tension CA. L'équipement et les étapes sont similaires au test CC. Les deux méthodes nécessitent une préparation avant le test pour garantir que l'équipement est bien mis à la terre et que l'état de surface du matériau isolant est étroitement observé pendant le test.
(2) Problèmes courants et solutions
Les problèmes courants dans le test de tension de tenue d'isolation comprennent la rupture d'isolation, le courant de fuite excessif et la défaillance de l'équipement de test. La rupture d'isolation peut être causée par des performances insuffisantes du matériau isolant, des défauts internes ou de l'humidité. Les solutions comprennent la sélection de matériaux de haute qualité, le renforcement de la maintenance et l'amélioration de la structure de l'isolation. Un courant de fuite excessif peut être causé par une résistance d'isolation réduite, une contamination de surface ou une précision insuffisante de l'équipement de test. Les solutions comprennent le maintien du matériau isolant propre et sec et l'étalonnage de l'équipement de test. La défaillance d'un équipement de test peut être causée par son vieillissement, un entretien ou un fonctionnement inadéquat. Les solutions incluent un entretien régulier, un fonctionnement correct et une réparation rapide.
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Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle et des technologies de stockage d'énergie, le système de batterie, en tant que vecteur d'énergie central, a attiré une grande attention en termes de sécurité et de fiabilité. Le plateau bac de batterie, en tant que structure de support et de protection des modules de batterie, ses performances d'isolation électrique sont directement liées au fonctionnement en sécurité du véhicule complet, à la durée de vie de la batterie et à la sécurité personnelle des utilisateurs. La conception de la sécurité électrique du plateau bac de batterie est la pierre angulaire de la sécurité du système de batterie. Par des protections multi niveaux, telles que l'isolation, la structure, la chaleur, la surveillance, etc., elle garantit le fonctionnement stable de la batterie dans des conditions de travail complexes, réduit le risque d'incendie, d'explosion ou de choc électrique causé par des pannes électriques, et prolonge en même temps la durée de vie de la batterie et améliore la fiabilité du système.
Cet article, centré sur la sécurité d'isolation électrique du plateau bac de batterie, expose systématiquement ses principes de conception, les méthodes de vérification des performances de résistance à la pression, ainsi que l'analyse de la cause fondamentale et les stratégies d'amélioration des cas typiques de défaillance, en vue de fournir un soutien théorique et une référence pratique pour la conception de haute sécurité du système de batterie.
Part 1: Design Essentials
Le cœur de la conception de la sécurité électrique du système de batterie réside dans la trinité « prévention contrôle urgence » : prévenir les pannes par des mesures telles que l'isolation, la connexion fiable, la gestion de la chaleur, etc. ; réaliser le contrôle en temps réel avec l'aide de capteurs et de BMS ; répondre aux situations extrêmes en utilisant des conceptions telles que la prévention du feu, la décompression, etc. Chaque point doit agir en synergie pour garantir la sécurité et la fiabilité du système de batterie tout au long de son cycle de vie, tout en tenant compte de la maintenabilité et de la conformité. Le plateau bac de batterie dans le système de batterie non seulement supporte la structure, mais assume également de multiples fonctions telles que l'isolation électrique, la gestion de la chaleur, l'anti glissement, la protection mécanique, la mise à la terre et la conception modulaire, ce qui est crucial pour garantir la sécurité électrique du système de batterie.
1-Le support structurel assure la fiabilité de la connexion électrique
Le bac à batterie assure la fiabilité et la sécurité des connexions électriques dans des conditions de travail complexes en fixant les modules de batterie, en réduisant les contraintes mécaniques, en résistant aux vibrations et aux chocs, en maintenant l'alignement et en intégrant la protection de l'environnement et la gestion thermique.
Figure 1 Plateau de batterie
A. Support physique et fixation, assure le positionnement exact des points de connexion électrique (tels que les barres omnibus, les faisceaux de câbles, les connecteurs), évite le mauvais contact causé par la déformation ou le déplacement structurel ; fournit un cadre rigide, fixe les modules de batterie et les pièces de connexion, empêche la desserrage ou la rupture causée par les vibrations ou les chocs.
B.Isolement et protection environnementaux, empêche l'intrusion d'eau vapeur, de poussière, de brouillard salin, etc. par un design d'étanchéité (tels que IP67/IP68), évite le court circuit causé par la corrosion ou l'échec d'isolation ; bloque les chocs mécaniques externes ou les impacts d'objets étrangers, protège les pièces de connexion haute tension.
C. Synergie de la gestion de la chaleur, intègre une structure de dissipation de chaleur (tels que la plaque de refroidissement liquide, le coussin thermoconducteur) pour équilibrer la température, empêche l'oxydation ou le soudage par fusion des points de connexion causés par la surchauffe locale ; réduit les interférences thermiques entre les modules adjacents par un design d'isolation thermique, évite la différence d'expansion des matériaux causée par le gradient de température.
D. Support de la compatibilité électromagnétique (EMC), supprime les interférences électromagnétiques par une couche de blindage métallique ou un revêtement conducteur, protège les lignes de signal basse tension (tels que la ligne de communication BMS) contre les interférences du circuit haute tension.
2-La protection d'isolement crée un environnement d'isolement efficace
La conception d'isolation électrique de la batterie a pour but de construire un environnement capable non seulement d'isoler efficacement l'électricité haute tension, mais aussi de garantir le fonctionnement efficace du système, de sorte que le module de batterie puisse être emballé en toute sécurité dans toutes les conditions de travail, prévenant la libération accidentelle de l'énergie électrique et évitant ainsi les risques électriques potentiels.
A.La structure du plateau bac de batterie tient compte à la fois du support et de la protection par isolation :
l Préférer les matériaux d'aluminium alliage, tels que l'aluminium alliage extrudé, pour réaliser la légèreté tout en maintenant une haute rigidité et une résistance aux chocs. La structure extérieure supporte le poids du système de batterie entier et les chocs externes, utilise des profilés à section fermée pour renforcer la force structurelle, et la structure intérieure est conçue pour supporter les modules de batterie et la plaque de refroidissement à eau, assurant leur stabilité et leurs besoins de dissipation de chaleur.
l Utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures ou revêtements pour assurer une bonne isolation électrique entre le module de batterie et le plateau bac, les faisceaux de câbles haute tension doivent avoir un trajet de gestion spécial et une gaine isolante, garantissant la distance d'espacement électrique et la distance de creepage par rapport au plateau bac.
l Utiliser des techniques de soudage avancées telles que le soudage par friction-malaxage, améliorer la force de connexion, en même temps réduire la zone d'influence thermique, éviter la déformation et les fissures potentielles. Pour les parties difficiles à souder, utiliser la connexion par boulons ou le rivetage, combiné avec la colle d'étanchéité, assurer la fiabilité de la connexion mécanique et l'isolation électrique.
l Prendre en compte la modularité lors de la conception, faciliter le remplacement et la maintenance des batteries, sans affecter la stabilité de la structure globale.
Figure 2 Schéma de principe de la distance d'isolement et de fuite dans l'air
B.Points clés de la conception d'isolation haute basse tension :
l Les points de potentiel positif et négatif du système de batterie doivent être isolés du système d'alimentation basse tension et du plateau bac de batterie, assurer une distance d'espacement électrique et une distance de creepage suffisantes entre le circuit haute tension et le circuit de contrôle basse tension, conformément aux normes de sécurité, empêcher la fuite haute tension vers le système basse tension.
l La conception d'isolation haute basse tension doit prendre en compte la compatibilité électromagnétique (EMC), assurer que les mesures d'isolation n'introduisent pas d'interférences, maintenir le fonctionnement stable du système.
l Connexion à haute impédance, les systèmes haute basse sont connectés par une connexion à haute impédance, seulement autorisés à être connectés à la mise à la terre du véhicule (plateau bac de batterie) pour limiter le flux de courant, assurer que la panne du système haute tension ne se propage pas au système basse tension.
l Mesures d'isolation physique, lors de la conception du plateau bac de batterie, on peut disposer les composants haute basse tension dans différentes chambres fermées, réduire l'influence mutuelle par une séparation physique ; utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures entre le module de batterie et le plateau bac, tels que des plastiques polymères ou du caoutchouc, pour assurer l'isolation physique et électrique.
l Prendre en compte la maintenabilité des mesures d'isolation lors de la conception, assurer qu'on peut réaliser la réparation ou le remplacement en toute sécurité lorsqu'il y a besoin.
C.Points clés de la conception de protection par contact :
l Gestion des faisceaux de câbles haute tension : les faisceaux de câbles haute tension doivent être bien enveloppés dans une gaine isolante et gérés de manière ordonnée par des pinces de fixation ou des rainures de conducteur, éviter d'être exposés, réduire le risque de contact direct.
l Cloison de sécurité : installer des cloisons isolantes entre les modules de batterie et entre le module de batterie et la paroi du plateau bac, pour prévenir le risque d'électrochoc indirect causé par la fuite d'électrolyte en cas de dommage de la batterie.
l Encapsulation des composants haute tension : effectuer une encapsulation des composants clés tels que les connecteurs haute tension, les relais, etc., assurer que même à l'intérieur du plateau bac, ces composants ne peuvent pas être touchés directement par accident.
l Design fermé : le plateau bac de batterie est conçu en tant que structure fermée, utilise une coque métallique ou composite, assure que les composants haute tension à l'intérieur ne seront pas exposés, et la coque elle même doit également avoir de bonnes performances d'isolation.
l Mécanisme de verrouillage : pour les points de connexion haute tension pouvant être maintenus, utiliser un mécanisme de verrouillage, assurer qu'ils ne s'ouvrent pas facilement lors d'un opération non professionnelle, réduire le risque de toucher par erreur.
l Application des matériaux isolants : utiliser des matériaux isolants en tant que couche d'isolation entre le plateau bac de batterie et le module de batterie, assurer que même en cas de dommage du plateau bac, on peut empêcher le contact direct du corps humain avec la partie sous tension. Ces matériaux comprennent, mais ne sont pas limités à, les plastiques polymères, les rondelles de caoutchouc ou les revêtements.
3-Conception des identifications électriques
Les identifications électriques du plateau bac de batterie peuvent non seulement améliorer la sécurité des opérations, mais aussi simplifier le processus de maintenance, réduire le risque d'opérations erronées.
A.Identification claire
l Marquer clairement des avertissements tels que « Danger haute tension », « Ne pas toucher » sur le plateau bac de batterie et les composants haute tension environnants, assurer qu'ils peuvent être rapidement identifiés même en cas d'urgence.
l Utiliser le codage de couleur internationalement reconnu, par exemple, utiliser le rouge ou l'orange pour identifier la zone haute tension, le bleu pour représenter le courant continu, pour distinguer intuitivement les différentes caractéristiques électriques.
l Appliquer des symboles de sécurité électrique standardisés, tels que les symboles graphiques dans l'IEC 60417, pour représenter la haute tension, la mise à la terre, les points de coupure d'alimentation, etc., assurer la compréhensibilité mondiale des informations.
l Inclure le numéro de série, la date de production et l'information de lot du plateau bac de batterie, faciliter le suivi et la gestion du rappel.
l Sélectionner des matériaux et des techniques d'impression résistants à l'usure et à la corrosion, assurer que les identifications restent claires et lisibles tout au long du cycle de vie du plateau bac de batterie.
B.Avertissements d'identification
l Identifier clairement le danger haute tension sur le plateau bac de batterie et dans la région environnante, rappeler aux techniciens de maintenance d'attacher attention à la sécurité électrique et de respecter les procédures d'opération.
l Indiquer la distance de sécurité d'opération, en particulier près des connecteurs haute tension et des conducteurs nus, rappeler de maintenir une distance appropriée.
C.Guide d'opération
l Marquer clairement la position de mise à la terre du système de batterie et du plateau bac, assurer la mise en œuvre correcte des mesures de mise à la terre.
l Identifier les points de test en sécurité et les points d'accès de maintenance, ces points doivent être conçus en tant que points d'opération sous basse tension ou non sous tension.
l On peut également énumérer brièvement les opérations de base et les guides de sécurité dans la région non critique du plateau bac, guider le processus d'opération correct.
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Les blocs d'eau les plus populaires sont essentiellement de type microcanal en cuivre pur. La plaque inférieure en cuivre est directement traitée avec un racloir et les ailettes sont intégrées à la plaque inférieure pour réduire la résistance thermique. La plaque inférieure et la plaque de recouvrement sont brasées ou diffusées pour assurer la fiabilité de l'étanchéité.
Partie 3 : La principale structure de coût du bloc d'eau traité par le processus de découpage
1- Avantages de l'utilisation du procédé de skiving pour la fabrication de blocs d'eau
l Conception intégrée : le processus de découpe peut intégrer le fond et les ailettes, ce qui permet de réduire la résistance thermique de contact et d'améliorer la conductivité thermique. De plus, la conception intégrée de la plaque inférieure et des ailettes peut également améliorer la résistance structurelle.
l Traitement de haute précision : le processus de découpe peut produire une structure de dent très fine, et la hauteur, l'épaisseur et le pas des dents peuvent être contrôlés avec précision, ce qui rend les ailettes du dissipateur thermique plus denses, la zone de dissipation thermique plus grande et la dissipation thermique plus efficace. En même temps, il peut également mieux répondre aux besoins personnalisés des différents clients en termes de forme, de taille, etc.
l L'efficacité de la production est élevée et le processus de découpe peut être produit en série. Par rapport à la CNC traditionnelle, le processus de découpe peut traiter plusieurs pièces d'engrenage en même temps, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.
Figure 1 : Base de bloc d'eau avec différentes technologies de traitement a-Skiving b-CNC c-Forgeage à froid
2- Structure des coûts du bloc d'eau de skiving
l Coûts de conception et de développement : La complexité de conception du bloc d'eau de découpage est relativement élevée, en particulier lorsque des exigences élevées en matière de performances de dissipation thermique sont requises, ce qui nécessite une conception et une optimisation complexes du processus.
l Coût des matériaux : Les matériaux utilisés dans le processus de découpage sont principalement de l'aluminium et un alliage de cuivre. La conception combinant une plaque d'aluminium et un alliage de cuivre est plus courante dans la fabrication de radiateurs et présente un rapport coût-performance plus élevé, de sorte que la qualité de l'aluminium et du cuivre affecte directement le coût.
l Coût de traitement :
Coût du processus de découpage : Le processus de découpage implique des équipements d'usinage CNC de haute précision, tels que des machines-outils CNC à trois axes. L'utilisation de tels équipements nécessite un coût d'investissement élevé et les exigences techniques pour les opérateurs sont également élevées, ce qui augmentera les coûts de production.
Coût du processus de soudage : Dans le processus de fabrication des blocs d'eau, le processus de soudage est également un facteur de coût important. Le brasage sous vide et le soudage par diffusion sont deux méthodes de soudage couramment utilisées. Le brasage peut souder plusieurs joints en même temps, a une efficacité de production élevée, nécessite des matériaux de brasage, a des exigences élevées pour les conditions de processus et est difficile à contrôler la qualité ; l'équipement de soudage par diffusion a un investissement ponctuel important et le soudage par diffusion ne nécessite pas de charges, mais a des exigences élevées pour le traitement de surface de la pièce.
Coût du traitement de surface : Les méthodes de traitement de surface courantes comprennent l'anodisation, le placage, etc. Pour les blocs d'eau en alliage d'aluminium, l'anodisation peut améliorer la dureté de surface, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion, tout en augmentant l'esthétique du produit ; les blocs d'eau en cuivre seront plaqués, comme le nickelage, pour empêcher l'oxydation et la corrosion du cuivre, et augmenter la durée de vie et la fiabilité du produit.
l Autres coûts : inspection et tests, emballage et transport, etc.
3-Suggestions d'optimisation des coûts
l Optimisation de l'utilisation des matériaux：
Choisissez le bon matériau : par exemple, le cuivre présente une conductivité thermique élevée, une densité unitaire élevée et un prix unitaire élevé ; l'aluminium est léger, a un prix unitaire faible et une conductivité thermique légèrement médiocre.
Utilisation des matériaux : assurez une utilisation efficace des matériaux et réduisez le gaspillage de matériaux en calculant avec précision l'épaisseur et la marge des matériaux.
Figure 2 : Schéma de principe du calcul de la consommation de matériaux
l Optimisation des processus de production
Simplification des moules : Concevez des moules simples pour réduire la complexité et le coût des moules.
Réduction du taux de rebut : Réduisez le taux de rebut grâce à un contrôle précis des processus et à une inspection de la qualité.
Moulage en une seule étape : Optimisez les itinéraires de processus, réduisez les étapes de traitement multiples et améliorez l'efficacité de la production.
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En tant que composant clé du système de refroidissement liquide, la conception du bloc d'eau doit prendre en compte de multiples facteurs tels que les performances d'échange thermique, la résistance structurelle, la résistance à la corrosion, la résistance aux fuites et le contrôle des coûts. Le bloc d'eau est généralement conçu avec une structure complexe de fentes d'échange thermique (c'est-à-dire un canal d'écoulement), et la qualité de la conception de son canal d'écoulement interne détermine directement l'efficacité de l'échange thermique de l'ensemble du système.
Partie 2 : Conception de blocs d'eau, technologie de traitement et défis
1-Exigences de conception pour les blocs d'eau dans différents scénarios
Les appareils de calcul haute performance (tels que les processeurs haute performance, les GPU, etc.) génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement, de sorte que le bloc d'eau doit avoir des capacités de dissipation thermique efficaces. Afin de répondre aux exigences de dissipation thermique à haute densité de flux thermique, le bloc d'eau adopte généralement une conception de microcanaux haute densité pour augmenter la zone d'échange thermique et améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. De plus, certaines conceptions intègrent le bloc d'eau directement sur le processeur, éliminant ainsi l'étape d'application de graisse silicone, ce qui simplifie non seulement le processus d'assemblage, mais améliore également encore les performances de dissipation thermique. En termes de fiabilité, le bloc d'eau doit avoir d'excellentes performances d'étanchéité pour éviter les fuites et assurer un fonctionnement stable à long terme.
l Refroidissement de la carte graphique :
Les cartes graphiques sont des zones à forte production de chaleur, le bloc d'eau doit donc être entièrement recouvert pour garantir que tous les composants générateurs de chaleur de la carte graphique peuvent être refroidis efficacement. Dans le même temps, le refroidissement de la carte graphique nécessite un débit élevé de liquide de refroidissement, de sorte que la structure interne du bloc d'eau doit prendre en charge un débit élevé pour évacuer rapidement la chaleur.
l Centre de données :
Dans les centres de données, la conception structurelle du bloc d'eau doit répondre à de multiples exigences telles qu'une dissipation thermique efficace, un faible bruit, une fiabilité élevée, une adaptabilité à une densité de puissance élevée, une gestion intelligente et une adaptabilité environnementale pour assurer un fonctionnement stable et une dissipation thermique efficace des centres de données.
2- Tendance évolutive de la structure des blocs d'eau
La tendance évolutive de la conception structurelle des blocs d'eau reflète la double recherche d'innovation technologique et d'amélioration des performances, qui se reflète principalement dans les aspects suivants :
l Amélioration des performances de dissipation thermique :
Augmentation de la surface de contact : Certaines conceptions de blocs d'eau améliorent les performances de dissipation thermique en augmentant la surface de contact avec l'élément chauffant. Par exemple, une conception de base en cuivre de grande surface peut obtenir un bon contact et une bonne conduction thermique.
Optimisation de la structure interne : Optimisation du canal d'eau interne. Une idée consiste à optimiser l'écoulement du fluide, par exemple en passant d'ailettes ordinaires à des ailettes de direction, en présentant un canal d'écoulement à longue bande, en favorisant la séparation de la couche limite d'écoulement, en réduisant l'épaisseur de la couche limite et en améliorant l'efficacité de l'échange thermique ; une autre idée consiste à augmenter la zone de capacité thermique, par exemple en passant des canaux d'eau grossiers traditionnels à une conception à microcanaux, ce qui augmente considérablement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la plaque de base et améliore l'efficacité de la dissipation thermique. Dans certaines conceptions, le liquide de refroidissement est pulvérisé sur la plaque de base à microcanaux via une plaque de guidage pour augmenter la vitesse d'écoulement locale et la turbulence, améliorant ainsi considérablement l'efficacité d'absorption thermique.
l Conception intégrée et intelligente :
Conception intégrée : La conception intégrée intègre la pompe à eau, les ailettes du dissipateur thermique, la base de conduction thermique et d'autres composants ensemble pour réduire le nombre de points de connexion et améliorer la stabilité du système et l'efficacité de la dissipation thermique.
Intégration multifonctionnelle : En plus des performances de dissipation thermique, les blocs d'eau modernes ont également des fonctions d'affichage et de surveillance de la température.
Conception modulaire : La structure de boucle modulaire améliore la commodité et la liberté d'organisation.
Figure 1 : Base du bloc d'eau avec différentes épaisseurs d'ailettes
l Matériaux et finitions hautes performances :
L'utilisation de matériaux hautes performances tels que la base en cuivre pur, combinée à des technologies de traitement de surface telles que le nickelage, améliore la conductivité thermique et la résistance à la corrosion.
3-Technologie de traitement et défis
l Les propriétés des matériaux affectent le traitement :
Problèmes de dureté et de ténacité des matériaux : les radiateurs fabriqués à partir de différents matériaux, tels que le cuivre, l'aluminium et leurs alliages, ont une dureté et une ténacité différentes, ainsi que des exigences différentes en matière d'outils et de processus de traitement. Les matériaux ayant une dureté plus élevée s'usent plus rapidement et nécessitent des changements d'outils plus fréquents ; les matériaux ayant une meilleure ténacité sont sujets à la déformation et aux bavures lors de la coupe.
Le traitement des matériaux composites cuivre-aluminium est complexe : les dissipateurs thermiques à dents de pelle en matériaux composites cuivre-aluminium doivent d'abord être transformés en matériaux composites à l'aide de la technologie de pressage à l'état semi-fondu par coulée continue, puis le traitement à dents de pelle est effectué. Le processus est plus compliqué et nécessite une plus grande précision pour les équipements et les processus.
l Exigences élevées en matière de précision dimensionnelle :
Il est difficile de garantir la cohérence de la hauteur et de l'épaisseur des dents : pour certains dissipateurs thermiques à dents haute densité, la hauteur et l'épaisseur de chaque dent doivent être très cohérentes pour garantir les performances et l'uniformité du dissipateur thermique. Si la différence de hauteur et d'épaisseur des dents est trop importante, cela entraînera un transfert de chaleur inégal et affectera l'effet de dissipation thermique. Pendant le traitement, des équipements de haute précision et des systèmes de contrôle automatisés sont nécessaires pour garantir la cohérence des spécifications de chaque dent.
Il est difficile de contrôler l'espacement des dents : lorsque les dents du dissipateur thermique sont trop denses, leur densité et leur espacement compliquent le processus de traitement, et l'équipement de traitement doit avoir une vitesse et une précision plus élevées pour maintenir l'uniformité des dents. Par exemple, lorsque l'espacement des dents est trop petit, l'outil est sujet à des interférences pendant la coupe, ce qui affecte la précision de traitement et la qualité de surface.
l Exigences strictes en matière de qualité de surface
Problème de bavures : des bavures se forment facilement pendant le traitement, ce qui affecte non seulement l'esthétique du radiateur, mais peut également gêner le flux d'air et réduire l'effet de dissipation thermique. La génération de bavures peut être causée par une faible précision de coupe du matériau, l'usure des outils de traitement, etc., et des processus d'ébavurage correspondants doivent être adoptés pour les résoudre.
Rugosité de surface : la rugosité de surface du radiateur affecte ses performances de dissipation thermique et les effets du traitement de surface ultérieur. Une rugosité de surface excessive augmentera la résistance au flux d'air et réduira l'efficacité de la dissipation thermique. Un traitement de surface supplémentaire est nécessaire pour réduire la rugosité, ce qui augmente les coûts et le temps de traitement.
l Équipements de traitement et exigences de processus élevés
Précision et stabilité de l'équipement : le pelletage des engrenages nécessite une pelleteuse de haute précision, et la précision de l'équipement affecte directement la précision dimensionnelle et la qualité de surface des dents. Dans le même temps, l'équipement doit avoir une bonne stabilité pour assurer la cohérence dimensionnelle pendant le traitement à long terme.
Sélection et usure des outils : des outils appropriés sont essentiels à la qualité du traitement. Le matériau, les paramètres géométriques, etc. de l'outil doivent être sélectionnés en fonction des propriétés du matériau. Pendant le processus de traitement, l'usure de l'outil entraînera une augmentation de la force de coupe, une diminution de la précision dimensionnelle et une augmentation de la rugosité de la surface, et l'outil devra être ajusté ou remplacé à temps.
Vitesse d'avance et profondeur de coupe : des réglages déraisonnables de la vitesse d'avance et de la profondeur de coupe peuvent facilement entraîner des défauts de traitement. Si la vitesse d'avance est trop rapide et la profondeur de coupe trop importante, l'outil sera surchargé, ce qui entraînera un arrachement de l'outil, un rebond de l'outil, une chute de l'outil, etc., affectant la précision de traitement et la qualité de surface.
Figure 2 : Processus de coupe des dents
l Exigences de personnalisation élevées
Différents scénarios d'application ont des exigences différentes en matière de taille, de forme, de hauteur de dent, d'épaisseur de dent, d'espacement de dent et d'autres paramètres du radiateur, qui doivent être personnalisés en fonction des besoins spécifiques. Cela nécessite que le fabricant de traitement dispose de capacités d'ajustement de processus flexibles et d'une riche expérience pour répondre aux divers besoins de personnalisation.
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Avec la croissance rapide de la puissance de calcul de l'intelligence artificielle mondiale et l'augmentation continue de la consommation d'énergie thermique (TDP) des puces, la demande de refroidissement des centres de données est confrontée à des défis sans précédent. Dans le même temps, les politiques de plus en plus strictes en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions de carbone dans le monde entier ont encore favorisé l'innovation en matière de technologie de refroidissement. Dans ce contexte, les solutions de refroidissement par air traditionnelles sont progressivement devenues difficiles à satisfaire à la double exigence de dissipation thermique efficace et d'économie d'énergie. La technologie de refroidissement liquide progresse rapidement en raison de ses excellentes performances de dissipation thermique et de ses avantages significatifs en matière d'économie d'énergie, devenant le choix dominant pour les solutions de refroidissement des centres de données. En tant qu'équipement de base pour le traitement et le stockage des données, les performances et la stabilité du serveur sont directement liées à l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble du système. Les composants de base du serveur, notamment la carte mère, le processeur, la mémoire, le disque dur et la carte graphique, génèrent beaucoup de chaleur en fonctionnement continu à forte charge. Si la chaleur ne peut pas être dissipée de manière opportune et efficace, cela affectera gravement les performances et la durée de vie du serveur. À cette fin, des systèmes de refroidissement liquide avancés ont été introduits dans les solutions de refroidissement des serveurs et installés directement sur les principales sources de chaleur telles que les processeurs et les cartes graphiques pour améliorer considérablement l'efficacité de la dissipation thermique.
Partie 1 : Structure et principe de fonctionnement du bloc d'eau
L'un des composants principaux du système de refroidissement liquide est le bloc d'eau, qui est généralement constitué de matériaux en cuivre ou en aluminium à haute conductivité thermique et est conçu avec des canaux d'eau précis et des structures de dissipateur de chaleur. Ces blocs d'eau s'adaptent parfaitement à la surface des sources de chaleur telles que les processeurs et les GPU, et absorbent et transfèrent rapidement la chaleur grâce à l'eau de refroidissement qui circule à l'intérieur. La chaleur est ensuite transportée vers le dissipateur de chaleur, qui circule ensuite dans le système de refroidissement par eau et finit par se dissiper dans l'air ambiant.
Figure 1 : Tendances de la consommation d'énergie thermique des principaux fabricants de puces
1- Types et caractéristiques courantes des blocs d'eau
l Bloc d'eau à microcanaux
Caractéristiques : Le bloc d'eau à microcanaux adopte une conception précise de micro-canaux d'eau. La structure du canal d'eau est fine et complexe, ce qui peut augmenter considérablement la zone de contact entre le liquide de refroidissement et les composants générateurs de chaleur, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. La conception du micro-canal d'eau peut également produire un fort effet de turbulence pendant l'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant encore le coefficient de transfert de chaleur par convection et obtenant un transfert de chaleur efficace.
Scénarios d'application : Il est particulièrement adapté aux processeurs et aux GPU à forte génération de chaleur, en particulier dans le calcul haute performance, l'overclocking et les centres de données, qui ont des exigences de dissipation thermique extrêmement élevées.
l Bloc d'eau à grand débit
Caractéristiques : La structure interne du bloc d'eau à grand débit est relativement simple, utilisant généralement une plaque de cuivre ou une conception de rainure gravée, et le coût de fabrication est faible. Son principal avantage est qu'il s'appuie sur un débit d'eau à grande vitesse pour évacuer rapidement la chaleur et qu'il convient à une utilisation avec un système de refroidissement par eau à grand débit. Bien que la structure soit simple, sa capacité de dissipation thermique efficace en fait un choix très rentable.
Scénario d'application : Convient aux scénarios avec certaines exigences en matière d'efficacité de dissipation thermique mais un budget limité, tels que les systèmes informatiques DIY de milieu à haut de gamme ou les clusters de serveurs de petite et moyenne taille.
l Bloc d'eau de type injection
Caractéristiques : Le bloc de refroidissement à eau de type jet pulvérise le liquide de refroidissement d'une buse étroite vers la plaque inférieure à micro-canaux à grande vitesse à travers la plaque de guidage, formant un fort effet de turbulence et améliorant considérablement l'efficacité de la dissipation thermique. Cette conception augmente non seulement la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base, mais optimise également davantage les performances d'échange thermique grâce à un flux à grande vitesse.
Scénarios d'application : Convient aux processeurs et GPU hautes performances, en particulier dans les scénarios à forte dissipation thermique et à haut débit, tels que l'overclocking, la formation à l'intelligence artificielle et le rendu graphique.
2-Structure générale du bloc d'eau
Un waterblock est un bloc métallique contenant des canaux d'eau à l'intérieur, généralement en cuivre ou en aluminium. Il n'entre pas en contact avec le processeur, la carte graphique ou d'autres appareils générateurs de chaleur. Sa conception structurelle détermine directement la qualité des performances de dissipation de chaleur. Un waterblock typique se compose généralement des éléments clés suivants :
l La base est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre ou l'alliage d'aluminium, et la surface est finement traitée pour assurer un contact étroit avec les composants générateurs de chaleur. La base est équipée d'une conception de canal d'écoulement complexe pour augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base.
l La plaque de recouvrement, avec la base, forme une cavité d'étanchéité du canal d'écoulement pour protéger le canal d'écoulement, le joint et les autres composants à l'intérieur du bloc d'eau de la poussière, des impuretés et des dommages physiques externes.
l L'entrée et la sortie d'eau sont les interfaces permettant au liquide de refroidissement d'entrer et de sortir de la tête de refroidissement par eau. Elles sont généralement conçues sur le côté ou sur le dessus de la tête de refroidissement par eau pour garantir que le liquide de refroidissement puisse entrer et sortir en douceur. La conception de la position doit tenir compte du trajet d'écoulement du fluide pour réduire la résistance à l'écoulement et augmenter le débit du liquide de refroidissement.
l Les clips sont utilisés pour fixer fermement la tête de refroidissement par eau au processeur ou à d'autres composants générateurs de chaleur afin de garantir une base solide et d'obtenir une conduction thermique efficace.
Figure 2 : Structure typique d'un bloc d'eau
3- Optimisation complète des performances de dissipation thermique
l Optimisation de la conception des canaux d'écoulement
Augmenter la surface de contact du canal d'écoulement : En concevant des canaux d'écoulement plus étroits et plus denses, la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la base peut être considérablement augmentée, améliorant ainsi le coefficient de transfert de chaleur par convection. Par exemple, la conception du microcanal présente une structure de canal d'eau fine. Les paramètres de conception du bloc d'eau à microcanaux (tels que la largeur, la hauteur et l'espacement du canal) ont une influence décisive sur son efficacité de dissipation thermique : à mesure que la largeur du canal diminue, le coefficient de transfert de chaleur augmente considérablement, grâce à l'effet de turbulence amélioré du flux de liquide de refroidissement dans le canal étroit, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique ; la hauteur de canal plus élevée contribue à augmenter l'espace d'écoulement du liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances de transfert de chaleur ; l'espacement plus petit des canaux peut augmenter la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la source de chaleur, améliorant ainsi l'efficacité de dissipation thermique.
Il peut également être optimisé en optimisant la disposition des canaux d'écoulement et en réduisant les coudes des canaux d'écoulement : une disposition raisonnable des canaux d'écoulement peut garantir que le liquide de refroidissement recouvre uniformément la surface des composants générateurs de chaleur et réduire la différence de température locale. Les coudes dans le canal d'écoulement augmentent la perte de charge et la résistance interne à l'écoulement, réduisant ainsi l'efficacité du refroidissement. Le nombre de coudes doit être réduit au minimum lors de la conception. Si cela ne peut être évité, les coudes doivent être conçus comme des transitions douces pour réduire la chute de pression et optimiser les performances d'écoulement.
l Matériaux à haute conductivité thermique : La base du bloc d'eau est généralement constituée de matériaux à haute conductivité thermique tels que le cuivre pur ou l'alliage d'aluminium. Ces matériaux peuvent transférer efficacement la chaleur de la source de chaleur au liquide de refroidissement, améliorant ainsi les performances globales de dissipation thermique.
l Optimisation des paramètres structurels, tels que l'épaisseur du substrat de base, les ailettes, la structure du spoiler, etc. L'augmentation de l'épaisseur du substrat entraînera une augmentation de la température maximale, de sorte que la conception doit trouver le meilleur équilibre entre l'effet de dissipation thermique et la résistance structurelle ; en augmentant la hauteur, l'épaisseur et l'espacement des ailettes, les performances de dissipation thermique peuvent être améliorées, mais en même temps, la résistance à l'écoulement augmentera également. Trouvez la meilleure combinaison de conception d'ailettes pour maximiser les performances de dissipation thermique. La forme de la colonne de spoiler peut améliorer efficacement l'effet de turbulence et améliorer l'efficacité de l'échange thermique.
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Basé sur la production réelle, cet article résume les problèmes courants, les causes et les méthodes d'amélioration du processus de soudage par friction-malaxage pour votre référence.
1-Défauts de surface
(1) Rainures de surface
l Description du problème : Les rainures de surface, également appelées défauts de labour, apparaissent généralement sur la surface supérieure de la soudure, tendant vers le bord avancé de la soudure, et ont la forme de rainures.
l Cause : Le flux de métal thermoplastique autour de la soudure est insuffisant et le métal plastique de la soudure ne peut pas remplir complètement la cavité instantanée laissée par l'aiguille d'agitation pendant son mouvement.
l Méthode d'amélioration : augmenter le diamètre de l'épaulement, augmenter la pression et réduire la vitesse de soudage.
Figure 1 : Rainures
（2）Bavures de bord
l Description du problème : Des bavures apparaissent sur le bord extérieur de la soudure et sont de forme ondulée.
l Cause : Mauvaise adaptation de la vitesse de rotation et de la vitesse de soudage, pression vers le bas excessive.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les paramètres de soudage et réduire la quantité de pression.
Figure 2 : Bavures de bord
（3）Décapage de surface
l Description du problème : Un pelage ou un filetage superficiel apparaît à la surface de la soudure sous forme de peau ou de filetage.
l Cause : Une grande quantité de chaleur générée par le frottement du métal s'accumule dans la surface du métal de la soudure, ce qui fait que le métal local à la surface atteint un état de fusion.
l Méthode d’amélioration : optimiser les paramètres de soudage, réduire la vitesse de rotation et augmenter la vitesse de soudage.
Figure 3 : Peeling de surface
(4) Cicatrice de soudure au dos
l Description du problème : Un cordon de soudure se forme à l'arrière de la soudure.
l Cause : Contrôle incorrect de la profondeur et de la pression de la tête d'agitation pendant le soudage.
l Méthode d'amélioration : Optimiser les réglages de profondeur et de pression de la tête de mélange.
2-Défauts internes
(1) Pénétration incomplète
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : L'aiguille d'agitation n'est pas assez longue, ce qui entraîne une agitation insuffisante du matériau au fond de la soudure.
l Méthode d'amélioration : Sélectionnez la longueur d'aiguille d'agitation appropriée pour garantir que le matériau sur l'épaisseur de la soudure puisse être entièrement agité.
Figure 4 : Pénétration incomplète
(2) Trous
l Description du problème : Un défaut de type « fissure » se produit lorsque le fond de la soudure n'est pas connecté ou n'est pas complètement connecté.
l Cause : Pendant le processus de soudage, en raison d'un apport de chaleur par friction insuffisant, une quantité insuffisante de matériau atteint l'état plastifié, ce qui entraîne un flux de matériau insuffisant et une fermeture incomplète de la zone de soudure.
l Méthodes d'amélioration : optimiser les paramètres de soudage, améliorer la conception de l'aiguille d'agitation et contrôler la vitesse de soudage et la vitesse de rotation.
Figure 5 : Trous
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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.
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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: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
Scénario d'application
Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium
Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
Le liquide de refroidissement circule à travers les tuyaux entraîné par une pompe. Lorsque le liquide de refroidissement circule à travers l'échangeur de chaleur à l'intérieur du serveur, il échange de la chaleur avec des composants à haute température (comme le CPU et le GPU) pour évacuer la chaleur.
Lori is a heat sink manufacturer of design and manufacturing high power heat sink, we have provided innovative thermal solutions for many high power industry device such as Aerospace industry,Medical, Communication server, Consumer Electronics etc. Our solutions include high power heat pipe thermal mould, liquid cooling system, staked fin heat sink solution etc.
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Principe de base de la solution de refroidissement liquide : Le refroidissement liquide utilise un liquide comme réfrigérant, utilisant le flux de liquide pour transférer la chaleur générée par les composants internes de l'équipement informatique du centre de données vers l'extérieur de l'équipement, de sorte que les composants chauffants de l'équipement informatique les équipements peuvent être refroidis, ce qui permet une technologie qui garantit le fonctionnement sûr des équipements informatiques.
Avantages du refroidissement liquide : Le refroidissement liquide offre une efficacité énergétique ultra-élevée et une densité thermique ultra-élevée, permettant une dissipation de chaleur efficace qui n'est pas affectée par l'altitude, la localisation ou les variations de température.
La solution de refroidissement liquide à plaque froide de transfert de chaleur de Walmate:
Le refroidissement liquide à plaque froide est une forme de dissipation de chaleur qui transfère indirectement la chaleur des dispositifs chauffants à un liquide de refroidissement enfermé dans un circuit de circulation, à travers des plaques de refroidissement liquide (généralement en métaux thermiquement conducteurs comme le cuivre ou l'aluminium). Le liquide de refroidissement évacue ensuite la chaleur. La solution de refroidissement liquide à plaque froide présente le plus haut niveau de maturité technologique. C'est une solution efficace pour déployer des équipements à forte puissance, améliorer l'efficacité énergétique, réduire les coûts de fonctionnement du refroidissement et diminuer le TCO (Coût Total de Possession).
La haute consommation d'énergie et la haute densité représentent l'avenir des centres de données, et le refroidissement liquide deviendra la solution principale pour le refroidissement des serveurs IA.
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
Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium
Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
Scénario d'application
Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium
Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
La popularité des grands modèles et de l'AIGC a entraîné une explosion de la construction de centres de calcul intelligent et de centres de puissance dans différentes régions.
Avec l'avancement des politiques de "double carbone", l'État impose des exigences plus élevées en matière de PUE pour les centres de données. Les serveurs, en tant qu'infrastructure informatique essentielle, doivent faire face à des pressions multiples, telles que la dissipation de chaleur et les tests de "double carbone et énergie".
La puissance thermique des puces a atteint les limites du refroidissement par air. La technologie de refroidissement liquide est devenue l'une des méthodes privilégiées pour les serveurs.
Avec la commercialisation d'une série de produits AIGC, tels que les grands modèles, la demande de serveurs AI va rapidement augmenter. Cela entraînera une hausse de la consommation d'énergie globale des serveurs AI en raison du grand nombre de puces CPU et GPU à haute puissance. En ce qui concerne les CPU, à mesure que le nombre de cœurs augmente, la performance des processeurs continue de s'améliorer, entraînant une augmentation de la puissance des processeurs. Dans des scénarios spécifiques (tels que le cloud computing haute performance), les processeurs utiliseront l'overclocking pour améliorer les performances de calcul, augmentant ainsi encore la consommation d'énergie. En ce qui concerne les GPU, certains des derniers produits peuvent atteindre une consommation maximale de 700 W, dépassant les capacités de refroidissement des systèmes de refroidissement à air traditionnels.
À l'avenir, la densité de puissance de calcul des clusters IA devrait généralement atteindre 20-50 kW par armoire, tandis que la technologie de refroidissement à air traditionnelle ne prend en charge que 8-10 kW. Une fois que la puissance d'une armoire dépasse 15 kW, la rentabilité des micro-modules avec isolation des allées froide et chaude combinée à la climatisation refroidie par eau diminue considérablement. Ainsi, les capacités et les avantages économiques des solutions de refroidissement liquide deviennent de plus en plus évidents.
Le liquide de refroidissement évacue la chaleur dans l'environnement à travers le radiateur, maintenant ainsi une température basse pour assurer un fonctionnement continu et stable du serveur.
TESTS DE PRODUITS
Nous fournissons des procédures de test personnalisées pour répondre aux exigences des clients.
Scénario d'application
Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium
Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
Scénario d'application
Technologie: Soudure sur mesure de profils en aluminium
Disposition et installation: Refroidissement liquide par le bas
Application typique: Personnalisation client
Caractéristique: poids léger, bon effet de refroidissement
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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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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