Hava soğutmayla karşılaştırıldığında verimli bir soğutma sistemi, EV araçlarının geliştirilmesinde batarya performansının ve güvenliğinin sağlanması açısından çok önemlidir. Termal yönetim sistemindeki çekirdek soğutma bileşeni olarak bilinen soğuk plaka, EV aracının soğutma sisteminde hayati bir rol oynuyor. Bu makale, soğutma kanallarının düzenini ve sayısını optimize etmek, yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeleri seçmek, gelişmiş yüzey işleme teknolojilerini uygulamak, termal arayüz malzemelerini (TIM) optimize etmek ve tahmine dayalı optimizasyon için simülasyon ve model analizinin kullanılması. Bu yaklaşımlar, yeni enerji araçlarının soğutma verimliliğini artırır ve akü ömrünü uzatarak araç güvenliğini ve güvenilirliğini artırır. Bu stratejilerin ayrıntılı olarak incelenmesi, EV araçlarına yönelik soğutma sistemlerinin tasarlanması ve optimize edilmesi konusunda derin teknik bilgiler sunmaktadır.
Bölüm 1: Isı Dağıtımı için Sıvı Soğutma Plakasının Temel Teknolojileri
Bölüm 1 A: Çok Kanallı Tasarım Optimizasyonu
Kanal Düzeni Optimizasyonu
EV araçlarında gelişmiş termal yönetim sistemleri arayışında, ısı emiciler veya sıvı soğutma plakaları içindeki soğutma kanallarının yerleşimini optimize etmek çok önemli bir strateji olarak duruyor. Soğutma kanallarının düzeni, termal iletim yolunu doğrudan etkiler ve ardından soğutma sisteminin termal direncini ve genel ısı değişim verimliliğini etkiler. Düz, spiral ve dallanmış çeşitli kanal geometrilerinin her biri, ısı dağıtımı, üretim karmaşıklığı ve akışkan dinamiği davranışı açısından benzersiz avantajlar ve hususlar sunar.
-Düz Kanallı Soğuk Plakalar:
Basit tasarımı ve imalat kolaylığı nedeniyle düz kanal düzeni yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu düzen doğrudan bir soğutma yolu sağlayarak soğutma sıvısının akü paketinden hızlı bir şekilde geçmesine izin verir ve bu da onu eşit ısı dağılımı gerektiren ve nispeten düşük termal yüklere sahip akü paketleri için uygun hale getirir. Yeni enerji araçlarında düz kanal düzeni, verimli ısı dağıtımının gerekli olduğu ancak alan ve maliyetin sınırlı olduğu küçük elektrikli araçlar veya hibrit araçlar gibi kompakt ve basit pil paketleri için özellikle uygundur.
Örneğin, Fişli Hibrit Elektrikli Araç (PHEV) olarak sınıflandırılan Chevrolet Volt, Chevrolet Volt'un aküyü optimum çalışma koşulunda tutmak için etkili bir soğutma mekanizması içeren akü paketi tasarımıdır. Soğutma sistemi, soğutma işlemini basitleştirmek ve termal performansını artırmak için alan kullanımını en aza indirmek için düz kanallar kullanabilir.
-Spiral kanallar Soğuk Plakalar:
Spiral kanallar, soğutucunun akış yolunu uzatarak ve sıvı ile kanal duvarları arasındaki temas süresini artırarak termal değişim verimliliğini artırır. Bu tasarım özellikle yüksek termal yüklere sahip veya verimli termal iletim gerektiren uygulamalar için uygundur. Örneğin,spiral kanallı soğuk plakalarEV araç ısı dağılımı için yüksek ısı yüklerini azaltarak daha düzgün bir ısı transferi de sağlar. Ancak bu tasarım daha yüksek akış direncine yol açabilir ve akışı sürdürmek için daha güçlü pompalar gerektirebilir. Bu nedenle, sistemin daha yüksek enerji tüketimini tolere edebildiği ve soğutma verimliliği açısından yüksek gereksinimlere sahip olduğu durumlarda spiral kanalların tercih edilmesi uygundur.
-Dallanmış Kanallı Soğuk Plakalar:
Dallanmış kanallı sıvı soğutma plakalarının düzeni, ana kanalı birden fazla kola bölerek soğutucunun akü paketlerinin farklı kısımlarına daha eşit bir şekilde dağıtılmasına olanak tanır. Bu tasarım, düzensiz şekillere veya eşit olmayan ısı yükü dağılımına sahip pil paketlerine uygundur. Soğutma sıvısının akışını optimize ederek akü paketlerindeki daha yüksek ısı yüküne sahip alanların bile yeterli soğutma almasını sağlar. Dallanmış kanal düzeni, büyük elektrikli araçlar ve ileri teknolojiye sahip elektrikli spor otomobiller gibi yüksek sıcaklık homojenliği gerektiren uygulamalar için geçerlidir. Bu pil takımları, optimum performans ve güvenliği sağlamak için her pil hücresi için hassas sıcaklık kontrolüne ihtiyaç duyar.
Örneğin Porsche Taycan, olağanüstü sürüş performansı ve hızlı şarj özellikleriyle tanınan, yüksek performanslı bir elektrikli spor otomobildir. Pil performansını korumak ve ömrünü uzatmak amacıyla Taycan, pil paketleri içinde eşit sıcaklık dağılımı elde etmek amacıyla dallanmış kanal düzeni de dahil olmak üzere karmaşık bir soğutma sistemi tasarımı kullanabilir.
Bu yaklaşımın en önemli avantajı soğutucuyu akü hücrelerinden/modüllerinden izole ederek olası bir güvenlik tehlikesini ortadan kaldırmasıdır. Taycan'ın modül yerleşimi üst ve alt katmanlara bölünmüş olduğundan su soğutma sistemi de üst ve alt katmanlara bölünerek toplam 13 soğutma koluna ulaşıyor. Her bir tüplü soğuk plaka branşmanı, 10 paralel akış kanalı içeren iki paralel su soğutma borusuna sahiptir ve her kanalın boyutu 3mm*2mm'dir; soğutma borusunun tamamı yaklaşık 4 mm kalınlığa ve yaklaşık 35 mm genişliğe sahiptir.
Kanal Büyüklüğü ve Dağıtım Stratejisi
EV araçlarına yönelik sıvı soğuk plakaların tasarımında kanal boyutunun seçimi çok önemli bir rol oynuyor ve aynı zamanda ikincil soğutma sisteminin genel performansını da etkiliyor. Soğuk plakadaki hem büyük hem de küçük deliklerin, EV araçlarının özel ihtiyaçlarına ve tasarımına dayalı uygulamaları vardır.
-Geniş Kanallı Soğuk Plakalar:
Büyük kanallı soğuk plakalar, 5 - 10 milimetre arasında değişen daha geniş bir iç çapa sahip olanları ifade eder; bunlar, akış hızındaki düşük basınç nedeniyle sıvı soğutucunun akış performansını iyileştirmek için etkili bir seçim olarak kabul edilir. Bu tasarım, pompanın yüksek güce ihtiyaç duymadan kullanılmasına olanak tanıyarak sistemin enerji tüketimini azaltır. Büyük kanal düzenleri, nispeten eşit ısı yükü dağılımına ve daha yüksek enerji verimliliği gereksinimlerine sahip yeni enerji araçları için uygundur. Örneğin, şehir içi ulaşım amaçlı EV araçları, makul soğutma verimliliği elde etmek ve yüksek güçlü elektroniklere yönelik daha düşük enerji tüketimi sağlamak için geniş kanal tasarımlarını tercih edebilir.
Isı yükünün nispeten eşit dağıldığı ve enerji verimliliğine yönelik talebin yüksek olduğu EV araçlarında, büyük kanallı soğuk plakalar özellikle EV bileşenleri için uygundur. Örneğin, bazı şehir içi otobüsler makul soğutma verimliliği ve daha düşük enerji tüketimi elde etmek için geniş kanallı tasarımlar kullanma eğilimindedir. Ancak geniş kanallı sıvı soğuk plaka kullanıldığında daha fazla alana ihtiyaç duyulur. Özel EV araçlarında büyük kanallı sıvı soğuk plakayı nadiren görmemizin nedeni budur çünkü EV arabaları, tüketicilerin sürüş deneyimi ihtiyaçlarını karşılamak için tasarım sırasında genellikle alan kullanımına ve aracın genel kompaktlığına daha fazla odaklanır.
-Küçük Kanallar Soğuk Plakalar:
Tersine,küçük kanallı soğuk plakalar(Yaklaşık 5 milimetrelik bir çap), yüksek performanslı EV arabaları ve yaygın olarak kullanılan özel EV araçları için ısı aktarımında yüksek düzeyde verimlilik sağlayabilir çünkü bunlar, soğutucu ile kanal duvarları arasındaki temas için yüzey alanını arttırır ve böylece akışı hızlandırır. İç soğutma sıvısının oranı. Üstelik küçük kanallı soğuk plakalar, montaj yüzeyleri üzerinde, küçüklerin yapamayacağı sınırlı bir alanda daha fazla akış yolu sağlar.
Bunun yanı sıra ideal çözüm, akış hızı ve termal yönetim hedeflerinin de dikkate alınması gerekir. Yapabilirsinizmühendisimizle iletişime geçindaha fazla teknik danışmanlık için.
Bölüm 1 B: Malzeme Seçimi ve Uygulaması
-Uygun Malzemelerin Seçimi:
Düşünürken ısı dağıtımı için alüminyum soğuk plaka ve bakır ısı borusunu seçtiğimize şüphe yok.alüminyum ve bakır ısı iletkenliğive maliyet. Şubat 2024 itibarıyla bakırın ton başına fiyatı, $3500-4000 alüminyum alaşımıyla birlikte 7,600,00 $'dır. Bu nedenle bakır alaşımı yerine alüminyum satın almak uygun maliyetli bir yoldur.
Ayrıca hacim, EV sıvı soğuk plakaların üretiminde de kilit noktadır. Gösterildiği gibi, 1 ton alüminyum alaşımı, alüminyumun daha düşük yoğunluğu nedeniyle bakır alaşımından önemli ölçüde daha büyük bir hacim kaplar; bu, alüminyumun hafifliği için üst yüzey alanını üretmek için uygun bir malzeme olduğu ve bakırın da iyi termal performansı için ısı borusu üretmek için uygun bir malzeme olduğu anlamına gelir. Örneğin, Audi e-Tron'un pil paketlerinin 5 kg, lityum pil paketlerinin ise 700 kg ağırlığında olduğunu biliyoruz; bu, sıvı soğutma plakasının toplam ağırlığın yalnızca %0,7'sini oluşturduğu anlamına gelir. Ancak bakır soğuk plakayı kullanırsanız toplam ağırlığın %2,5'ini (Yaklaşık 7,5 kg) alır.
-Isıl İletkenlik Performansı ile Malzeme Kalınlığı Arasındaki İlişki:
Malzemenin kalınlığı ısı değiştiricinin verimliliğini etkiler. Kalın malzemeler termal direncin artmasına neden olabilirken, ince malzemeler mekanik olarak yeterince güçlü olmayabilir ve termal nüfuz gibi ciddi sorunlara neden olabilir.
İlk grafik şunu göstermektedir: Grafenin mekanik mukavemetinin alüminyum ve bakırdan önemli ölçüde daha yüksek olduğu ve kalınlıkla neredeyse değişmediği açıktır. Alüminyum ve bakırın mekanik mukavemeti kalınlık arttıkça biraz artar. İkinci grafik malzeme kalınlığı ile termal direnç arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Grafenin ısıl direnci çok düşüktür ve kalınlıktan neredeyse hiç etkilenmezken, alüminyum ve bakırın ısıl direnci kalınlığın artmasıyla doğrusal olarak artar.
Aşağıda gösterilen üçüncü grafik mekanik mukavemet, malzeme kalınlığı ve termal direncin kombinasyonunu göstermektedir. {{0}}.08m alüminyum alaşımının en iyi çekme mukavemetine ve düşük termal dirence (0,36 derece W) sahip olduğunu görebiliriz.
Bölüm 2: Sıvı Soğutmalı Soğuk Plakalarda Termal Yönetim Teknolojisi
Bölüm2 A: Yüzey İşlem Teknolojileri
-Yüzey kaplama:
Termal iletken kaplamalar, su soğutma plakalarının ısı değişim verimliliğini artırmak için tasarlanmış özel yüzey işlemleridir. Bu kaplamalar, genellikle gümüş, bakır ve alüminyum gibi yüksek termal iletkenliğe sahip malzemelerin yanı sıra karbon nanotüpleri (CNT'ler) ve grafen gibi nanomateryalleri birleştirerek termal arayüzdeki temas kalitesini iyileştirerek veya termal radyasyon yeteneklerini geliştirerek çalışır. Bu kaplamalar yalnızca termal verimliliği artırmakla kalmıyor, aynı zamanda korozyon ve aşınmaya karşı bir dereceye kadar koruma sağlayarak sıvı soğutma plakalarının ömrünü uzatıyor.
-Yüzey İşleme:
Su soğutma plakasının yüzey işlemi sayesinde ısı değişim alanı arttırılabilir, böylece ısı transfer verimliliği arttırılabilir. Bu yöntem, yüzey pürüzlülüğünü artırarak, akışkan ile taban plakasının yüzey alanı arasındaki ısı değişim kapasitesini arttırır. Örneğin resimde görüldüğü gibi sıvı soğutma plakasını bükerek soğutucunun akünün her yerinden geçmesini sağlayabiliriz, böylece soğuk plakaların termal performansını artırabiliriz. Kaixin Alüminyum, ihtiyacınıza göre özel sıvı soğutma plakaları ve alüminyum soğutucu işleme sağlamaya kendini adamıştır.
Kaixin Alüminyum, alüminyum soğuk plakanız için CNC işleme, eloksal, toz kaplama, bükme vb. gibi çeşitli yüzey işlemleri sağlayabilir... Veya lütfen blogumuzu görüntüleyin "Alüminyum soğutucu ve sıvı soğuk plakanın özelleştirilmesi için uygun maliyetli bir çözüm" alüminyum soğuk plaka ve soğutucu üretiminde nasıl tasarruf edileceğini öğrenmek.
Bölüm 2 B: Termal Arayüz Malzemesi (TIM) Optimizasyonu:
-Termal Arayüz Malzemelerinin Seçimi ve Uygulaması:
Termal Arayüz Malzemeleri (TIM'ler), termal iletimi iyileştirmek için iki yüzey arasında kullanılan maddelerdir. Isı iletkenliğini arttırmak için iki yüzey arasında kullanılırlar. Yaygın TIM türleri arasında termal iletkenlik, uygulama kolaylığı ve dayanıklılık açısından her biri farklı uygulamalar için uygun olan termal macunlar, pedler, bantlar ve sıvı metaller bulunur.
Bölüm 2 C: Simülasyon ve Model Analizi-CFD ve Termal Simülasyon Yazılımının Uygulanması:
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ve termal simülasyon yazılımını kullanarak özel soğuk plakaların termal iletkenlik verimliliğini etkili bir şekilde tahmin edebilir ve optimize edebilir; bu, tasarımcının soğutucunun sirkülasyonu, ısı düzeni gibi tüm soğutma sistemini analiz edebileceği anlamına gelir kaynaklar, termal köprüler veya yüksek termal dirence sahip alanlar, seri üretimden önce geliştirilmiş bir tasarıma olanak tanır.
CFD ile simülasyonlar yaparken Kaixin Alüminyum mühendisine soğutma sisteminizin ayrıntılı özelliklerini vermeniz gerekir. Bu, su soğutma plakasının ve bileşenlerinin geometri verilerini, malzeme özelliklerini (ısıl iletkenlik, yoğunluk, özgül ısı), sınır koşullarını (giriş ve çıkış sıcaklıkları ve akış hızı gibi) ve ısı kaynaklarından ısı üretim verilerini içerir. Ayrıca simülasyon için özel hedeflerinizi veya performans kriterlerinizi belirtmek çok faydalı olabilir.Kaixin Alüminyum teknik mühendisleriyle iletişime geçinve size özel soğuk plakalar için ideal çözümü sunmaktan mutluluk duyuyoruz.