I. Введение: Производственный выбор в области управления температурным режимом электромобилей
Рынок электромобилей (EV) быстро растет. Электромобилям нужна высокая производительность. Это означает большие запасы хода и быстрое время зарядки. Эти два фактора требуют высокой удельной мощности. Высокая плотность мощности создает огромные проблемы с терморегулированием. Аккумуляторные блоки и силовая электроника (инверторы) должны храниться в ограниченном температурном диапазоне.
Охлаждающая пластина является важным компонентом. У него две основные работы. Во-первых, он должен обеспечивать равномерный контроль температуры во всех ячейках. Во-вторых, он должен обеспечивать высокую структурную надежность , чтобы противостоять дорожным условиям.
Мы представляем вакуумную пайку как ключевую технологию производства. Это процесс соединения в жидком состоянии. Он превосходно справляется с созданием сложных внутренних структур . Он также превосходно минимизирует тепловое сопротивление интерфейса..
В этой статье анализируется роль вакуумной пайки в секторе электромобилей. Мы сравниваем ее со сваркой трением с перемешиванием (FSW). Мы подробно рассказываем об уникальной ценности пайки. Мы объясняем лучшие сценарии применения.
II. Технология вакуумной пайки: главное преимущество производительности
В этом разделе основное внимание уделяется фундаментальным принципам пайки. В нем объясняется, как этот процесс обеспечивает существенное улучшение производительности охлаждающих пластин для электромобилей.
A. Принцип пайки: металлургическое соединение без флюса.
Вакуумная пайка — это точный метод соединения. Это выполняется в контролируемой вакуумной печи. Эта печь имеет важное значение.
Вакуумная среда и капиллярное действие
Подготовка: Компоненты (опорная пластина и ребра) собраны. Между ними помещается припой – припой. Припой имеет более низкую температуру плавления, чем исходный материал (обычно алюминий).
Вакуум: сборка поступает в вакуумную печь. Вакуум предотвращает окисление. Это устраняет необходимость использования коррозионного химического флюса.
Склеивание: Температура повышается. Припой плавится. Он течет в зазоры между ребрами и опорной пластиной. Он использует капиллярное действие для заполнения всего сустава.
Затвердевание: сплав остывает. Он образует идеальную металлургическую связь между компонентами.
Главное преимущество – чистота. Этот процесс удаляет пустоты и остатки флюса. Это обеспечивает целостность и надежность теплового пути.
B. Преимущества паяных холодных пластин
Металлургическая связка обеспечивает значительные термические преимущества.
Минимизация теплового сопротивления интерфейса
Пайка обеспечивает почти 100% контакт металла с металлом . Присадочный металл заполняет все микроскопические зазоры. Это обеспечивает минимально возможное термическое сопротивление интерфейса (Rinterface). Это жизненно важно для быстрой передачи тепла от основания к каналам охлаждения.
Сложная конструкция внутреннего канала потока
Пайка позволяет интегрировать сложные внутренние конструкции. Он может включать гофрированные ребра или специальную геометрию микроканалов. Эти сложные конструкции значительно увеличивают площадь конвективной поверхности теплопередачи ($ ext{A}_{ ext{conv}}$). Такое увеличение площади напрямую улучшает тепловые характеристики охлаждающей пластины.
III. Выбор процесса в EV: пайка против FSW
Выбор правильного производственного процесса является ключевым инженерным решением. Мы должны сравнить уникальную ценность вакуумной пайки и сварки трением с перемешиванием (FSW).
A. Преимущества и пригодность FSW (сварка трением с перемешиванием)
FSW — это процесс твердотельного соединения. Это широко распространенный метод в индустрии электромобилей, особенно для алюминия.
Ключевые преимущества ЖСБ
Высокая прочность: FSW обеспечивает прочный, бездефектный сварной шов. Это важно для структурной целостности.
Без наполнителя: не используется наполнитель. Это уменьшает потенциальную несовместимость материалов.
Экономичность при масштабировании: он быстрый и масштабируемый для больших и простых деталей.
Сцена применения FSW
FSW лучше всего подходит для больших, плоских, однослойных базовых пластин аккумуляторов электромобилей. В этих приложениях приоритет отдается структурной надежности и экономии за счет масштаба. Им требуются простые и прочные пути потока.
B. Уникальная ценность и основные области применения вакуумной пайки
Вакуумная пайка предлагает особые возможности, с которыми FSW не может сравниться. Эти возможности имеют решающее значение для компонентов высокой мощности.
Сценарий первый: мощные инверторы и системы зарядки
Инверторные модули (с использованием чипов IGBT или SiC) имеют чрезвычайную плотность теплового потока. Им требуется самое низкое тепловое сопротивление (Rth). Паяные холодные пластины (особенно изготовленные из меди или гибрида меди и алюминия) являются лучшим выбором.
Сценарий второй: гибридные медно-алюминиевые холодные пластины
Пайка позволяет надежно соединить медные и алюминиевые компоненты. Это практически невозможно при использовании FSW или стандартной сварки. Эта функция жизненно важна для гибридных конструкций. В этих конструкциях используется медная основа (для высокой теплопроводности вблизи чипа) и алюминиевая пластина (для малого веса и стоимости). Пайка обеспечивает надежный тепловой путь, необходимый между двумя разнородными металлами.
Сценарий третий: двухсторонние и многослойные конструкции охлаждения
Пайка позволяет инженерам соединять несколько слоев каналов потока за один проход. Это создает высокоинтегрированные, многофункциональные системы охлаждения. Это используется для охлаждения элементов от пластины , где необходим двусторонний отвод тепла. Такого уровня структурной сложности трудно достичь с помощью простых сварных швов FSW.
IV. Проблемы проектирования и термическая оптимизация Winshare
Пайка обеспечивает высокую производительность. Но это создает определенные проблемы проектирования в среде применения электромобилей. Winshare Thermal специализируется на решении этих проблем.
A. Оптимизация конструкции: баланс между производительностью и перепадом давления
Высокая производительность паяных холодных пластин обусловлена сложной внутренней геометрией.
Геометрия ребер и управление перепадом давления
Сложные ребра (например, гофрированные ребра) значительно повышают эффективность теплопередачи. Однако они также вызывают значительное увеличение перепада давления (DeltaP). Высокое значение DeltaP увеличивает энергопотребление накачки. При проектировании необходимо найти оптимальную компромиссную точку. Winshare использует передовое моделирование CFD (вычислительная гидродинамика). Этот инструмент помогает инженерам анализировать путь потока. Это обеспечивает максимальную теплоотдачу в рамках имеющегося у клиента бюджета $Delta ext{P}$.
Обеспечение равномерности распределения потока
Сложные паяные каналы могут страдать от неравномерности потока. Жидкость предпочитает путь наименьшего сопротивления. Это приводит к нехватке каналов и горячим точкам. Winshare разрабатывает точные внутренние коллекторы и делители потока. Это гарантирует, что каждый канал получит одинаковую скорость потока. Это гарантирует постоянную эффективность охлаждения по всей поверхности.
B. Проблемы производства и надежности пайки
В индустрии электромобилей действуют строгие стандарты качества (например, TS16949). Пайка должна соответствовать этим стандартам для массового производства.
Стандарты качества и чистоты электромобилей
Процесс пайки чрезвычайно чувствителен к чистоте. Любые примеси или остатки масла на сырье испаряются в вакууме. Это создает дефекты. Это препятствует правильному растеканию припоя. Winshare использует строгие многоэтапные процессы очистки. Мы гарантируем чистоту материалов еще до того, как они попадут в печь. Строгий контроль качества гарантирует отсутствие дефектов паяных соединений.
Предотвращение гальванической коррозии
При использовании гибридных медно-алюминиевых холодных пластин существует риск гальванической коррозии. Для пайки необходимо использовать соответствующий инертный припой. Конструкция также должна изолировать материалы. Это предотвращает превращение самого припоя в очаг коррозии. Очень важен правильный выбор материала и охлаждающей жидкости. Это обеспечивает долговременную надежность, необходимую для 10-летнего срока службы автомобиля.
V. Заключение: принятие решений для будущего управления температурным режимом
Выбор процесса изготовления охлаждающих пластин для электромобилей является фундаментальным инженерным компромиссом.
FSW является доминирующим выбором для охлаждения основания больших, легких и масштабируемых батарей. Он предлагает прочную структуру и низкую стоимость при объеме.
Вакуумная пайка является важным выбором для обеспечения высочайшей производительности, высокой структурной интеграции и работы со смешанными материалами. Сюда входят мощные инверторы и аккумуляторы с быстрой зарядкой высокой плотности.
Тенденция на рынке электромобилей очевидна. Архитектура 800 В и сверхбыстрая зарядка становятся стандартом. Это резко увеличивает тепловые требования к охлаждающим пластинам. Требование более низкого теплового сопротивления вскоре перевесит простую структурную прочность в этих областях высокой мощности. Вакуумная пайка будет становиться все более важной для изготовления компонентов с высокой удельной мощностью.
Winshare Thermal является лидером в производстве передовых систем охлаждения. Мы владеем технологиями как FSW, так и вакуумной пайки. Мы обеспечиваем точный выбор процесса на основе вашего TDP, предпочтений в отношении материалов и требований к стоимости. Свяжитесь с нами, чтобы разработать индивидуальное решение для охлаждения, отвечающее требованиям рынка электромобилей 2025 года и далее.
[Вернуться к началу]
Pусский
