Aangezien nieuwe energievoertuigen, datacenters en energieopslagsystemen explosief groeien, bepaalt de thermische prestaties van vloeibare koelplaten rechtstreeks de stabiliteit en levensduur van apparatuur.Een goed ontworpen stroomkanaalstructuur verbetert de temperatuuruniformiteit van de batterijmodules aanzienlijk, terwijl geavanceerde productieprocessen zorgen voor een optimaal ontwerp van het stroompad, drukweerstand,en kostenefficiëntieIn dit artikel wordt een uitgebreid overzicht gegeven van de gangbare productietechnologieën, de belangrijkste technieken en de kwaliteitscontrolepunten voor vloeibare koelplaten.
1. Materiaalselectie en voorbehandeling
1.1 Algemeen materiaal
Aluminiumlegeringen: De dominante keuze voor EV-batterijkoelplaten, die de warmtegeleidbaarheid, het lichte gewicht, de sterkte, de verwerkbaarheid en de kosten in evenwicht brengen.3003 aluminiumlegering wordt veel gebruikt vanwege zijn volwassen technologie en uitstekende alomvattende prestaties.
Koperlegeringen: puur koper (warmtegeleidbaarheid: 401 W/m·K) is ideaal voor scenario's met een hoog vermogen (bijv. 800 V hoogspanningsplatformen), waarbij nikkelverbinding of anodisatie nodig is om corrosie te voorkomen.
Composite materialen: Hoge sterkte aluminiumlegeringscomposites (structuur van 3 lagen: kern + legeringslaag + offerlaag) worden gebruikt voor toepassingen die een superieure mechanische sterkte vereisen.
1.2 Voorbehandelingsproces
Oppervlakte ontvetten: Ultrasone reiniging (28 ¢ 80 kHz) verwijdert olieverontreinigende stoffen om een betrouwbare las- en passivatie te garanderen.
Passivatie: Chroom- of chroomvrije passivatie (bijv. titaniumzoutoplossing) vormt een nano-schaal beschermende film, die meer dan 1000 uur zoutsprayweerstand oplevert.
2. Technologieën voor het vormen van stroomkanalen
2.1 Stempelvorming: kernproductie voor grote hoeveelheden
Proceskenmerken: Servoperssen leveren 60 slagen/min hoge snelheidstempel met een dieptevertraging van ±0,05 mm. Ideaal voor middelgrote/kleine koelplaten met een materiaalbenutting van meer dan 70%.
Voorbeeld: BYD Seal CTB-batterijen gebruiken directe koeling van de stempelplaat, waardoor het warmte-uitwisselings-efficiëntiepercentage met 40% wordt verhoogd via grote stroomafvoerkanalen.
2.2 Hydroforming: Complex Flow Channel Expert
Processtappen: Aluminiumblank snijden (±0,1 mm) → hydraulische uitbreiding (3050 MPa, 210 seconden vasthouden) → waterstraal trimmen → vacuümlegering.
Voordelen: hoge flexibiliteit van het ontwerp (slangenvormige, vertakte structuren) met 20% minder drukverlies dan gestempelde platen.
Voorbeeld: CATL Kirin-batterij maakt gebruik van gehydroformeerde grote platen (1200×800×50 mm), waardoor het koeloppervlak met 4x wordt vergroot.
2.3 Extrusievorming: kosteneffectieve standaardoplossing
Proces: Extrusie van aluminiumprofielen met voorgevormde stroomkanalen (bijv. harmonicabuizen), gevolgd door snijden en hoofdlassen.
Beperkingen: 30% lagere kosten dan stempelen, maar beperkt tot rechte stroomkanalen, geschikt voor koelplaten voor energieopslagcontainers.
2.4 3D-printen: een doorbraak in structurele innovatie
Technologie: Direct Metal Laser Sintering (DMLS) produceert monolithische koelplaten zonder lasnaadingen, bestand tegen druk van 6+ bar.
Het geval: Singapore's CoolestDC's 3D-geprinte platen gebruiken schuine vinnen om de koelingsprestatie met 20% te verbeteren, ingezet in NVIDIA H100 GPU koelsystemen.
3Bewerking van de stroomkanalen: kern van de thermische prestaties
3.1 Algemene methoden
Inbed Tube Process: Koperbuizen worden geperst in gefreesde aluminium groeven (diepte/diameterverhouding ≤3:1) en bevestigd door legering.
Voordelen: Geen risico op lekken (naadloze buizen), volwassen en kosteneffectief.
Nadelen: Beperkte flexibiliteit van het stroomkanaal; risico op galvanische corrosie tussen koper en aluminium.
Toepassingen: servervloeistofkoeling, industriële inverterverwarming.
Elektrische ontladingsbewerking (EDM): Draad snijden (precisie ± 0,01 mm) creëert micro-kanalen in harde legeringsvormen voor prototyping.
Chemische etsen: fotolithografie + NaOH-etsen produceert micro-schaalkanalen voor ultradunne platen (≤ 0,5 mm).
3.2 Innovatieve ontwerpen
Bionische stroomkanalen: Valeo's haaienvinnenvormige kanalen verbeteren de koelmiddelturbulentie en verhogen de warmteoverdrachtscoëfficiënt met 15%.
Vertakte structuren: Tesla 4680 batterijmodules gebruiken zijdelings vertakte platen met 15° sub-takken om temperatuurverschillen te minimaliseren.
4. Lastechnologieën: Afdichting en sterkte
4.1 Vacuümbrazen: massaproductie bij voorkeur
Principe: Aluminium-silicium brazing filler smelt in een vacuümoven, bonding flow channel platen en bedekt metallurgisch.
Voordelen: Ondersteunt complexe micro-kanalen/vinnenstructuren (30%+ efficiëntiewinst); lichtgewicht aluminiumconstructie bestand tegen 10+ bar druk.
Voorbeeld: CATL CTP-batterijplaten gebruiken vacuümlegering met een vervorming van < 0,1 mm.
4.2 Welding met wrijving (FSW): hoge sterkte binding
Beginsel: Een roterende pen genereert wrijvingswarmte om materialen te plastiseren, waardoor vaste lassen ontstaan.
Voordelen: Lassterkte van meer dan 90% van het gewone metaal; milieuvriendelijk (geen vuldraad/schildgas).
Voorbeeld: BYD Dolphin-batterijen gebruiken FSW om platen en behuizingen te binden en slagen voor een druktest van 20 bar.
4.3 Hybride proces van stempelen + legeren
Kenmerken: Combineert stempende efficiëntie met brazing afdichting; 40% lagere kosten dan FSW.
Toepassingen: energieopslagcontainerplaten, warmteafzuigers voor huishoudelijke apparaten.
4.4 Lasersweiswerk
Voordelen: minimale hitte-afgeperste zone, 90%+ lassterkte, geen vervorming/porositeit; 5×10x sneller dan traditionele methoden.
Toepassingen: EV-batterijen, industriële koeling, zonne-energiesystemen.
5. Oppervlaktebehandeling en kwaliteitsborging
5.1 Oppervlaktebehandeling
Anodisatie: door zwavelzuur-anodisatie (1218V) ontstaat 520 μm oxidefilms, 10x verbeterde corrosiebestandheid en verbeterde isolatie (afbraakspanning >500V).
PTFE-coating: 50-100 μm polytetrafluorethyleenschaal vermindert de wrijvingscoëfficiënt tot 0.1, waardoor de koelmiddelstroomweerstand tot een minimum wordt beperkt.
5.2 Volledig procesonderzoek
Leekdetectie:
Heliummassaspectrometrie (1×10−9 mbar·L/s): EV-batterijplaten, lekkagesnelheid ≤0,1 cm3.
Hydrostatische tests (1,5 × werkdruk, 30 min vasthouden): energieopslagplaten.
Interne kwaliteit:
Ultrasone C-SAM (50 ∼ 200 MHz): detecteert brazingdefecten (leegtes > 5%) met een resolutie van 50 μm.
CMM (± 0,002 mm): controleert de afmetingen van het kanaal en de nauwkeurigheid van het celcontact.
Conclusies
De productie van vloeibare koelplaten integreert materiaalwetenschappen, precisiebewerking en geavanceerde lastechnologieën.elk proces heeft een directe invloed op de koelprestaties en betrouwbaarheidNaarmate de vraag naar thermisch beheer met een hoge dichtheid toeneemt, zullen innovaties zoals 3D-geprinte bionische kanalen en FSW-monolithische structuren de efficiëntie verder verbeteren en tegelijkertijd de kosten verlagen.
