液冷板設計規(guī)范

實用文檔液冷板設計規(guī)范目錄TOC\o"1-2"\h\u262861適用范圍 1162932功能 1202333規(guī)范引用文件 151653術語和定義 1256674液冷板設計技術參數(shù)輸入 2269265液冷板選型 2163455.1液冷板類型平臺 2319435.2液冷板選型標準 3285725冷板設計 353615.1材料選擇 3315915.2流道及結構設計要點 353325.3布置安裝 7126925.4技術要求 8291615.5試驗方法 914360附表一進出快插公接頭選型表 1212081附表二液冷板常用扁管選型表 133942附表三：凸點的結構和流道尺寸設計選型表 141適用范圍本標準用于指導介質(zhì)為水：乙二醇/50:50的電動汽車PACK包液冷板散熱的設計，目在于新開發(fā)的液冷板設計合理有效。本規(guī)范是對嘉和華亨開發(fā)、生產(chǎn)的液冷板的設計指導。同時規(guī)定了有關產(chǎn)品的制作、檢查、使用等內(nèi)容。2功能①散熱功率大，避免過量溫升的發(fā)生；②可靠性高，在振動、沖擊等嚴酷條件下防止泄露；③散熱設計精準，避免模組溫差過大；④輕量化。3規(guī)范引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6892-2015一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材ISO25239-5攪拌摩擦焊-鋁合金-第五部分：質(zhì)量檢驗要求GB11363-2008釬焊接頭強度試驗方法GB8619-1998焊縫強度試驗方法GB/T27551-2011釬料鋪展性及填縫金屬材料焊縫破壞性試驗斷裂實驗GB/T22087-2008鋁及鋁合金的弧焊接頭：缺欠質(zhì)量分級指導GB/T30512-2014汽車禁用物質(zhì)要求GB/T3651-2008金屬高溫導熱系數(shù)測量方法GB/T8446.2-2004電力半導體器件用散熱器熱阻和流阻測試方法GB/T19515-2016道路車輛可再利用性和可回收利用性計算方法GB/T31467.3-2015電動汽車用鋰電池動力蓄電池包和體統(tǒng)第3部分：安全性要求和測試方法GB/T2423.17-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗鹽霧3術語和定義液冷板在電池系統(tǒng)中，適用于充滿間接接觸液冷工質(zhì)的金屬散熱器稱為液冷。液冷板一般由鋁合金磨具擠出或者沖壓成型的金屬板或者金屬管，經(jīng)過焊接成型。進出水口接頭這是用于液冷工質(zhì)循環(huán)的進出水口，一般由AL6061材質(zhì)經(jīng)過機加工成型，與液冷板經(jīng)過焊接而成。導熱性能指液冷板的導熱能力，由液冷板材質(zhì)的導熱系數(shù)而定。焊接工藝類型液冷板的焊接有釬焊、攪拌摩擦焊和無釬料焊三種。釬焊工藝廣泛用于傳統(tǒng)的汽車散熱器焊接，它是利用液態(tài)釬料浸濕母材、填充接口間隙與母材相互擴散來連接焊件，焊接優(yōu)勢在于可以焊接復雜結構，而且焊件的厚度可以做到非常薄。攪拌摩擦焊是利用焊頭和工件端面相互運動與摩擦產(chǎn)生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)完成焊接，這種焊接要求焊件自身具有足夠強度。無料釬焊是在釬焊的基礎上發(fā)展而來，焊接的焊件厚度和重量都可以做到最小。4液冷板設計技術參數(shù)輸入表4-1液冷板設計輸入?yún)?shù)表項目參數(shù)備注電池模組邊界尺寸（mm）確定冷板總體尺寸電池模組類型方形/圓形/軟包確定冷卻板的結構型式及布置方式電池模組間的溫差要求一般要求溫差≤5℃介質(zhì)類型常用：水+乙二醇重量要求輕量化5液冷板選型5.1液冷板類型平臺根據(jù)焊接工藝分類，有以下三種類型：表5-1液冷板分類表項目編號名稱優(yōu)點缺點JB攪拌摩擦焊冷板有工藝門檻；設計結構較靈活，性能好，可靠性高，承重好成本偏高、質(zhì)量重BG扁管式冷板工藝門檻低，加工簡單，成本低，適用于大批量生產(chǎn)流道布置單一，承重較差表5-1（續(xù)）CY沖壓式冷板工藝門檻更高，設計結構更靈活，性能更好，可靠性高對焊接要求較高，生產(chǎn)效率低SX蛇形管冷卻水能更多面積的與電芯接觸工藝復雜，使用單一，主要針對圓柱形電芯5.2液冷板選型標準表5-2液冷板選擇標準項目選型標準圖例方形應用模組級別水冷板，放于電池底部（流道可設置于電芯箱體壓鑄成型）例如JB/BG/CY圓形蛇形管交錯于圓柱形電池之間，每只電芯都能與水管接觸，例如SX軟包模組內(nèi)部集成小型水冷板，模組中集成鋁板，例如JB/CY5冷板設計5.1材料選擇釬焊工藝冷板：AL-6063-t5攪拌摩擦焊冷板：AL-30035.2流道及結構設計要點5.2.1流道設計要點對于JB、BG、CY結構型式，流道結構主要分兩種型式雙回路和單回路，選擇標準如下表。表5-3流道選型標準類型流道布置標準選擇標準圖例雙回路流道排布在滿足工藝條件下使流道排布間距盡量小，設置更多循環(huán)回路，這樣能使電池受熱或降溫更均勻，溫差小無論哪種結構型式，在滿足布置空間的情況下，優(yōu)先選擇雙回路，因為這樣冷熱同時存在，降低溫差單回路流道排布在滿足工藝條件下使流道排布間距盡量小，這樣能使電池受熱或降溫更均勻5.2.2主體結構設計要點攪拌摩擦焊冷板設計要點：表5-4攪拌摩擦焊冷板設計要點項目圖示描述備注說明整體結構用于充滿間接接觸式液冷工質(zhì)的金屬散熱器，一般需要承載和受力時，采用比較厚重結構強度較大的鋁型材攪拌摩擦焊接的冷板。流動形式雙回路冷板特點就是進出水在同側，一般情況下可以保證模組換熱面都是冷熱同時存在，可以降低冷板表面溫差；單回路進出水位置在兩側，入水溫度逐漸升高；空間布置允許情況下，優(yōu)先雙回路設計雙回路單回路冷板主體冷板主體為擠壓鋁型材分段切割，機床機械加工而成（內(nèi)部型腔的筋銑削加工）；其作用是與電芯熱面接觸進行換熱。總厚度：8~10mm總寬度：≤360mm上下表面壁厚：1.5~2mm分割筋厚度：≥1.5mm前插頭雙回路堵頭水嘴安裝位置一般為同側，單回路堵頭水嘴安裝位置一般為兩端，在設計水嘴間距時要考慮走向管路及安裝空間。雙回路單回路后堵頭雙回路后堵頭一般為較寬流利型腔，鋁型材內(nèi)部有冷卻介質(zhì)流過，由氬弧焊進行封堵密封；單回路后堵頭為鋁型材或鋁塞條，進行攪拌摩擦焊或氬弧焊進行密封。雙回路單回路扁管式冷板：表5-5扁管式冷板設計要點圖示描述備注說明整體結構用于充滿間接接觸式液冷工質(zhì)的散熱器，對于目前的高能量密度需求來說，采用重量相對較輕的微通道扁管式的冷板；但是此種形式的冷板不能承受力，同時安裝時也需要保護。表5-5（續(xù)）流動形式雙回路冷板特點就是進出水在同側，一般情況下可以保證模組換熱面都是冷熱同時存在，可以降低冷板表面溫差；單回路進出水位置在兩側，入水溫度逐漸升高；空間布置允許情況下，優(yōu)先雙回路設計。雙回路單回路冷板主體冷板主體為鋁型材微通道扁管，此種扁管廣泛用于汽車空調(diào)換熱系統(tǒng)。由于其有質(zhì)量輕的特點，針對能量密度提升整包輕量化需求，適應性改進后應用到電池冷卻；但其與電芯的接觸面積要減少（約35%），目前現(xiàn)有的冷板規(guī)格（見附表二）前部集流管一般為同側，單回路堵頭水嘴安裝位置一般為兩端，在設計水嘴間距要考慮走向管路及安裝空間。一般規(guī)格20*16，16*16，壁厚1.2。扁管在集流管上的排布間距和數(shù)量根據(jù)模組的尺寸確定雙回路單回路后部集流管雙回路集流管一般為雙層，進水流程和出水流程，單回路集流管為單流程。目前應用大多是方形管，傳統(tǒng)應用為圓形。一般規(guī)格20*16，16*16，壁厚1.2.雙回路單回路沖壓式冷板：表5-6沖壓式冷板設計要點圖示描述備注說明整體結構用于充滿間接接觸式液冷介質(zhì)的金屬散熱器，沖壓式冷板結構主要分為上下兩塊平的鋁薄板；相對于型材冷板的厚度以及扁管冷板的介質(zhì)，沖壓板是一個折中方案，保證了與電池的換熱面積又在一點程度上降低了冷卻系統(tǒng)重量，同時流道是由模具沖壓而成，靈活性很好，便于布置設計。流動形式雙回路冷板特點就是進出水在同側，一般情況下可以保證模組換熱面都是冷熱同時存在，可以降低冷板表面溫差；單回路進出水位置在兩側，入水溫度逐漸升高；空間布置允許情況下，優(yōu)先雙回路設計雙回路單回路冷板上蓋板冷板上蓋板平面鋁板，起到保證與電芯接觸良好的作用，為適應釬焊的要求一般選材為AL3003，有釬焊層，壁厚0.8~2表5-6（續(xù)）下蓋板冷板下蓋板是由模具沖壓而成，由板材沖壓形成凸點和條狀肋筋，進而形成水路流道，凸點可以起到擾流加強換熱同時增強冷板強度作用，冷板的雙回路和單回路完全取決于進出水接頭位置。（凸點的結構和流道尺寸設計選型參見附表三）壁厚一般控制在0.8~1.5。行業(yè)平面度為0.5~0.8。蛇形管冷板：表5-7蛇形冷板設計要點圖示描述備注說明整體結構用于充滿間接接觸式液冷介質(zhì)的金屬散熱器，利用擠壓工藝使管道成型，然后用機加工工藝打通循環(huán)，再用釬焊接頭焊接而成；這樣保證冷卻液與每個電芯有更大接觸，溫差控制精準，但是適用比較單一，主要對于圓柱形電芯。流動形式雙回路冷板特點就是進出水在同側，一般情況下可以保證模組換熱面都是冷熱同時存在，可以降低冷板表面溫差；單回路進出水位置在兩側，入水溫度逐漸升高；空間布置允許情況下，優(yōu)先雙回路設計雙回路單回路冷板主體冷板主體為鋁型材微通道扁管，此種扁管廣泛用于汽車空調(diào)換熱系統(tǒng)。（具體規(guī)格參見附表二）由于其有質(zhì)量輕的特點，針對能量密度提升整包輕量化需求。此扁管經(jīng)過擠壓成型后根據(jù)圓柱電芯直徑機械加工成蛇形狀。連接塊連接塊主要用于接頭和擠壓扁管的連接，選擇型材機加工而成，材料AL6061。具體寬度選擇根據(jù)圓柱電池高度。B為型材尺寸；D的尺寸的確定根據(jù)扁管的選型確定；C的尺寸確定依據(jù)5.2.3章節(jié)的進出口接頭尺寸確定；接頭、扁管與連接塊配合均為間隙配合。5.2.3進出接頭設計要點表5-8進出口接頭選型設計標準名稱圖例選擇標準備注VOSS目前我司采用均為快插式接頭，具體采用VOSS、詩蘭姆所哪種接頭可根據(jù)客戶要求，如客戶無要求，根據(jù)兩者經(jīng)濟性進行選擇。用于液冷工質(zhì)循環(huán)的進出水口，一般由AL6061材質(zhì)經(jīng)過機加工成型，與液冷板經(jīng)過焊接而成（氣焊），具體尺寸（見附表一）。詩蘭姆5.3布置安裝隔熱材料鋁殼體水冷板水冷板固定螺栓模組模組鈑金殼體水冷板模組安裝螺栓隔熱材料鋁殼體水冷板水冷板固定螺栓模組模組鈑金殼體水冷板模組安裝螺栓圖4-1圖4-2鋁殼體導熱墊模組鋁殼體導熱墊模組模組安裝螺栓水冷板口琴管泡棉圖4-3模組安裝螺栓水冷板口琴管泡棉圖4-1的布置形式為某型號車鈑金箱體的設計方案，安裝順序為模組、導熱墊、冷板及箱體穿起來共用螺栓固定，這種方式冷板受力多對冷板強度要求較高，同時設計冷板時焊縫位置一定要避開受力嚴重位置，控制冷板平面度（0.8~1行業(yè)加工能力）圖4-2布置形式為鋁箱體布置方案，模組和冷板分別固定在箱體上下，箱體安裝梁分為兩個臺階，模組固定在第一臺階，冷板固定在第二臺階，中間導熱材料進行填充，這樣可以使得冷板只受導熱墊的向下壓力，同時最大限度降低型材冷板重量。圖4-3的布置方式為扁管鋁箱體方案，扁管強度相對較弱，不能使用硬安裝必須采用浮動支撐固定，模組單獨使用螺栓固定在箱體，模組與扁管之間使用導熱墊進行填充，下部粘貼硅泡棉進行支撐抵消導熱墊向下的壓力。5.4技術要求5.4.1一般要求無任何影響產(chǎn)品價值及性能的缺陷5.4.2氣密性能應滿足以下①或②①0.4MPa氣壓，浸入水中2min無泄漏②按換算，泄露量在3cc/min以下注：規(guī)定的試驗條件要與①、②對應5.4.3耐壓性能測定爆破壓力5.4.4反復加壓性能滿足氣密性能。目視確認，無內(nèi)外部變形、破壞、結構變化。4.4.5耐高溫試驗滿足氣密要求，無變形損壞5.4.6耐低溫試驗滿足氣密要求，無變形損壞5.4.7清潔度檢測目視檢查無可見顆粒、雜質(zhì)（無大于1.5mm顆粒雜質(zhì)，且重量不大于20mg），且清潔度檢測完，內(nèi)部不能殘留任何液體。5.4.8振動耐久實驗試驗后無泄漏，無機械損壞，平面度保持圖紙要求。5.4.9流阻實驗壓差值符合圖紙技術要求。5.4.10外部腐蝕實驗滿足氣密性能。5.4.11內(nèi)部腐蝕實驗滿足氣密性能。5.4.12水冷板接頭焊接強度測試要求接頭焊接可抵抗拉拔力>50kg。5.4.13溫度沖擊性能滿足氣密性能。目視確認，無內(nèi)、外部變形、破壞、結構變化。5.5試驗方法5.5.1試驗條件①試驗溫度：20±15℃（常溫）。②試驗濕度：65±20%RH（常溫）③試驗用的夾具和連接器的形狀：采用另外規(guī)定的尺寸。5.5.2外觀檢查目測。5.5.3氣密性能①確認在干燥空氣下加壓至0.4MPa后，保持1min，浸入水中2min。②使用氣密儀檢測設備檢測。氣體充入壓力為0.2MPa以上。溫度：20±15℃，泄露上限值3cc/min。5.5.4耐壓性能保持通入水冷板氣壓≥0.6MPa，浸入水中，要求觀察觸摸水冷板表面有無鼓泡，不允許有泄露和機械損壞。X=6±0.1MPa，一個液冷板要經(jīng)受到爆破的實驗，即從0.35MPa加壓到0.4MPa，從0.4MPa加壓到0.45MPa，0.45MPa加壓到0.5MPa。5.5.5破壞壓力試驗對水冷板進行持續(xù)進行加壓，直到產(chǎn)品實效損毀為止，要求水冷板能承受最高壓力≥1MPa。5.5.6反復加壓試驗乙二醇/水50:50；試驗介質(zhì)溫度70℃。進行下表試驗。在試驗中每種沖擊力各用一臺樣品進行試驗（共需要3臺樣件）。即使樣品在20萬回依然沒有破壞，試驗可以終止。反復壓力回數(shù)50000回以上26000回以上5400回以上5.5.7耐高溫試驗在120℃±3℃中放置72小時后，在常溫下試驗氣密性能，目視外部、內(nèi)部的結構。5.5.8耐低溫試驗在-40℃±3℃中放置72小時后，在常溫下試驗氣密性能，目視外部、內(nèi)部的結構。5.5.9清潔度測試用經(jīng)過大于200目濾網(wǎng)的水沖洗2min。檢查：先將水冷板注滿經(jīng)200目濾網(wǎng)過濾后干凈的水，用32目濾網(wǎng)過濾所有水。在120℃±3℃中放置72小時后，在常溫下試驗氣密性能，目視外部、內(nèi)部的結構。5.5.10振動耐久測試在隨模組裝配成電池包情況下，按GB/T31467.3-2015item7.1.1試驗后無泄漏，無機械損壞，平面度保持圖紙要求。5.5.11流阻試驗水冷板接入流量測試儀，冷卻液溫度（℃），流量（L/min），觀察記錄水冷板進出口壓力值，得出水冷板進出口壓力損失。5.5.12外部腐蝕試驗GB/T31467.3-2015條款7.11