冷却液溢出原理概述
液冷板与接头之间形成宏电池
常见的电偶序为:镁、锌、铝、低碳钢、Cr13/Cr17、黄铜、青铜、Cr17 不锈钢、Cr18不锈钢(纯态)、锈钢(纯态)、银、钛、铂。在使用含银助焊剂后,通过观察可以看到冷却液液位涨幅度远高于使用原助焊剂材料的上涨情况,这可能是因为助焊剂含银,是电位较正的贵金属,而其周边以铝为主的液冷板便成为了贱金属,腐蚀速度加快。因此以铝为主的液冷板作为阳极金属加速腐蚀,而以银为主的助焊剂作为阴极金属则被保护,在此过程中反应产生气体。
铝和乙二醇之间反应生成气体
乙二醇本身具有腐蚀金属的性质,因此在用作冷却液的过程中,会加入相应的添加剂防止铝合金腐蚀。尽管如此,仍不能排除两者之间反应产生气体。
氟铝酸钾助焊剂与乙二醇反应
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为了保证流体流动的真实性及速度损失和压强损失计算的准确性,模型建立须保留流动细节特征,如流到圆角、倒角等,同时还需保证水冷板进出口方向与真实模型方向的一致性。
为了能够准确捕捉水冷板的流场和边界层信息,流道的网格须足够密集,尤其是槽式水冷板中槽道的网格划分和管式水冷板中管边界的网格划分。
水冷板及流体的材料属性须赋予真实材料或真实材料属性,比较常见的是一些金属材料和流体材料热学属性。
水冷板的进出口边界条件分别设置为速度进口、压力出口,须赋予进口速度值V(m/s)和进口温度值T(℃),出口压力值视需求而定,若只考察模型压降可不赋予取值。此外,还需设置流动边界条件为湍流Turbulence(视雷诺数Re而定)及重力方向Gravity为实际的重力方向,工作温度及压强设置为环境温度和当地环境压强。
水冷板辐射视外界环境而定,若考虑辐射散热则设置为DO辐射散热模型,相应取值保持默认即可。
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散热器. 一般是通过液体循环来换热的,叫radiator,很多也叫heat exchanger,也就是换热器的意思,比如汽车里边的翅片式散热器; 若是直接与电子元件器件接触而进行散热的装置,此类散热器,一般翻译为cooler, 比如 CPU cooler , 电脑散热器。同时,也有些人把散热片,heatsink , 也叫做散热器。严格来说,散热片是没有风扇的,只是五金制品,风冷散热器是由散热片与风扇组合在一起的。散热器是将设备的热量直接散发在外界。 水冷板,国外叫cold plate ,直译叫冷板,国内很多译成water cooling plate, 或liquid cooling plate. 这是一种通过液冷换热的元件,原理是在金属板材内加工形成流道,电子元件安装于板的表面(中间涂装导热介质),冷却液从板的进口进入,出口出来,把元件的发出的热量带走。水冷板流道形成的工艺常见的有:摩擦焊、真空钎焊、埋铜管、深孔钻等。
把散热器理解为换热器的话,那么,散热器+水冷板+水泵+管路,就形成了一个完整的液冷系统。水冷板负责吸收发热元件的热量传导到流经液体中,散热器则负责用翅片吸收被加的液体中热量,再通过外界的空气与翅片表面热交换,达到给元器件降温制冷的目的。
在比较成熟的冷却方式中,风冷除了想办法与其他热传递手段配合使用外,已经基本被排除在乘用车电池包应用范畴以外。再加上特斯拉的示范效应,水冷不再是预研课题,而成了尽快商业化的重点。液冷板,似乎并没有什么统一的定义,我们先就动力电池包的液冷板这个应用场景,给它下个定义,暂且这样描述:动力电池系统中,电池工作产生多余热量,热量通过电池或者模组与板型铝质器件表面接触的方式传递,结果是被器件内部流道中通过的冷却液带走。这个板型铝质器件就是液冷板。
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对液冷板的一般要求
散热功率大,能够及时导出动力电池工作过程中产生的多余热量,避免过量温升的发生;可靠性高,在道路车辆环境工作,振动、冲击、高低温交变环境,对多数产品都是比较严酷的工作条件,而动力电池电压动辄几百伏,冷却液泄漏是个严重问题,即使你使用绝缘性能好的冷却液,但遇到外部杂质后,绝缘性能会立即降低,因此,冷板密封可靠性很重要;散热设计精细,避免系统内温差过大,这是出于锂电池自身性能的要求,电池的性能和老化都与工作温度密切相关;对冷板的重量有严格要求,这来自于动力电池系统对能量密度的追求,严重拉低系统能量密度的冷却系统,是客户和设计者都根本无法接受的。
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一种常见的制造技术是把一个超大型的管放入通道并铣掉顶部。然而,这种昂贵的技术会产生不同厚度的管段,影响结构完整性和性能。
另一种选择是将管子嵌入到冷板表面以下,并添加铜镶件来平整表面。这种技术既昂贵又限制了性能——冷却管距离被冷却的部件更远,而且在冷却管和插入件之间需要额外的环氧树脂层,进一步降低了性能。
精心设计的专有锁定功能和专有的压制技术,确保管与板表面齐平,提供良好的热接触部件被冷却。这种制造方法还保证了管与板之间良好的金属间接触,保证了优异的热工性能,并且不需要环氧树脂。测试对比的结果表明了压锁技术与环氧树脂制造的冷板相比的性能优势。
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