การประยุกต์ใช้แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวในรถยนต์พลังงานใหม่

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) ระบบแบตเตอรี่จึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น ขนาดกะทัดรัดมากขึ้น และมีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น ส่งผลให้การจัดการความร้อนกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความปลอดภัย อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในบรรดาโซลูชันด้านความร้อนทั้งหมด แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวได้กลายเป็นส่วนประกอบหลักในระบบแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า

ระบบระบายความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปประกอบด้วยเซลล์แบตเตอรี่ ตัวระบายความร้อนแบตเตอรี่ ท่อส่ง และแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับแบตเตอรี่ ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสม สร้างความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ และป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไป

บทบาทของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวในระบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับแบตเตอรี่ หรือที่เรียกว่าแผ่นเย็น มีหน้าที่ในการถ่ายเทความร้อนออกจากเซลล์แบตเตอรี่ โดยปกติจะติดตั้งอยู่ด้านล่างหรือด้านข้างของโมดูลแบตเตอรี่ เพื่อให้สารหล่อเย็นไหลเวียนและดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

เมื่อเปรียบเทียบกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวมีข้อดีดังนี้:

• ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น

• การตอบสนองทางความร้อนที่เร็วขึ้น

• ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีขึ้นทั่วทั้งเซลล์

• ปรับปรุงความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ให้ดียิ่งขึ้น

เนื่องจากระบบแบตเตอรี่มีการพัฒนาไปสู่ความเร็วในการชาร์จที่สูงขึ้นและกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความต้องการโซลูชันแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าขั้นสูงจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ความท้าทายสำหรับแผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำในรถยนต์ไฟฟ้า

แตกต่างจากชิ้นส่วนระบายความร้อนทั่วไป แผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำที่ใช้ในรถยนต์พลังงานใหม่ต้องทำงานภายใต้สภาวะที่ท้าทาย:

• รับน้ำหนักเชิงกลสูง (รองรับโมดูลแบตเตอรี่)

• การสัมผัสกับสารหล่อเย็นอย่างต่อเนื่องและความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน

• ข้อกำหนดอายุการใช้งานที่ยาวนาน

• ความน่าเชื่อถือสูงและประสิทธิภาพการซีลที่ดีเยี่ยม

ดังนั้น วัสดุแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ทำจากอะลูมิเนียมจึงต้องมีทั้งความแข็งแรงสูงและความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเชื่อมประสานขั้นสูงที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบระบายความร้อนในรถยนต์

การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเชื่อมประสาน

จากมุมมองด้านวิศวกรรมวัสดุ ประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบบัดกรีขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและการออกแบบโครงสร้างเป็นอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตแบบบัดกรีที่ใช้ฐานอะลูมิเนียมใหม่หลายชนิดเพื่อตอบสนองความต้องการของระบบระบายความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

1. โลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับงานบัดกรีที่มีความแข็งแรงสูง

เพื่อรองรับน้ำหนักของแบตเตอรี่และภาระทางโครงสร้าง โลหะผสมอะลูมิเนียมความแข็งแรงสูงจึงถูกนำมาใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว โลหะผสมเหล่านี้มีคุณสมบัติดังนี้:

• ความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม

• ทนทานต่อความล้าได้ดี

• ความเข้ากันได้กับกระบวนการบัดกรี

ด้วยการปรับองค์ประกอบของโลหะผสมให้เหมาะสม ผู้ผลิตสามารถปรับปรุงทั้งความแข็งแรงของโครงสร้างและความทนทานในระยะยาวของแผ่นระบายความร้อนได้

2. วัสดุหุ้มที่ทนต่อการกัดกร่อน

ช่องภายในของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวในแบตเตอรี่จะสัมผัสกับสารหล่อเย็นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมักเป็นส่วนผสมของน้ำและไกลคอล สภาพแวดล้อมเช่นนี้อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการเพิ่มชั้นเคลือบป้องกันการกัดกร่อนลงบนพื้นผิวอะลูมิเนียม ชั้นเคลือบเหล่านี้:

• เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนของน้ำหล่อเย็น

• ยืดอายุการใช้งาน

• รักษาประสิทธิภาพทางความร้อนให้คงที่

สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง

3. วัสดุประสานขั้นสูง

วัสดุประสานสำหรับงานบัดกรีมีบทบาทสำคัญในการสร้างการยึดติดและการปิดผนึกที่แข็งแรงในแผ่นเย็นที่บัดกรีด้วยของเหลว วัสดุประสานสมัยใหม่โดยทั่วไปมักใช้ระบบอะลูมิเนียม-ซิลิคอนเป็นหลัก ซึ่งมีคุณสมบัติดังนี้:

• มีคุณสมบัติในการเปียกและไหลได้ดี

• ข้อต่อแข็งแรง

• ค่าการนำความร้อนที่สม่ำเสมอ

วัสดุอุดช่องว่างที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมยังช่วยลดข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รูพรุน และปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์ได้อีกด้วย

เทคโนโลยีการผลิตแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

มีการใช้กรรมวิธีการผลิตหลายวิธีในการผลิตแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับยานยนต์:

เทคโนโลยีการเชื่อมประสาน

การเชื่อมประสานด้วยสุญญากาศและการเชื่อมประสานด้วยบรรยากาศควบคุมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบเชื่อมประสาน วิธีการเหล่านี้ช่วยให้ได้การยึดติดที่แข็งแรง การปิดผนึกที่ดีเยี่ยม และการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอ

การอัดขึ้นรูป + การเชื่อม

โครงสร้างแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ทำจากอลูมิเนียมอัดขึ้นรูป มีความแข็งแรงสูงและคุ้มค่า ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก

การเชื่อมแบบเสียดทานกวน (FSW)

fsw ให้รอยต่อที่มีความแข็งแรงสูงและป้องกันการรั่วซึม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบแผ่นระบายความร้อนโครงสร้างที่ต้องการทั้งฟังก์ชันการระบายความร้อนและการรับน้ำหนัก

แต่ละกระบวนการจะถูกเลือกโดยพิจารณาจากดีไซน์ของผลิตภัณฑ์ ข้อกำหนดด้านต้นทุน และเป้าหมายด้านประสิทธิภาพ

การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด การออกแบบแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้:

• โครงสร้างช่องทางการไหล

• ความสม่ำเสมอในการกระจายสารหล่อเย็น

• การลดลงของความดันและความต้านทานการไหล

• ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

มีการใช้เครื่องมือจำลองขั้นสูงและวิธีการทดสอบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบช่องระบายความร้อนและรับประกันว่าแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวของแบตเตอรี่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการทำงานจริง

เนื่องจากยานยนต์พลังงานใหม่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ความสำคัญของการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพจึงยิ่งเพิ่มมากขึ้น แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวได้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในการรับรองความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

ด้วยการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเชื่อมประสานขั้นสูง การออกแบบโลหะผสมที่ดีขึ้น และกระบวนการผลิตที่เหมาะสมที่สุด โซลูชันแผ่นระบายความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่จึงมีความแข็งแรงสูงขึ้น ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น และมีประสิทธิภาพด้านความร้อนที่ดีขึ้น

ในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวอะลูมิเนียมประสิทธิภาพสูง และโซลูชันแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบเชื่อมประสาน จะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นต่อความสำเร็จของยานยนต์พลังงานใหม่