动力电池系统中的液冷板应用案例

作者：兰洋科技浏览量：5413 时间：2023年02月07日标签: 电池散热液冷板液冷系统

随着乘用车IP67的要求成为必须，动力电池系统可供选择的冷却方式范围被严重收窄。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。本文主要涉及动力电池液冷系统中的一个点，液冷板。前半部分液冷板基本知识，后半部分当前典型车型的液冷板应用形式。

液冷板，似乎并没有什么统一的定义，我们仅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，最终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。

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；

散热设计精准，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。

几个液冷板产品示例

某厂家甲液冷板产品案例

液冷系统利用液体流动换热系数较大的特性，依靠液体流动转移高热量，是目前最有效的散热方式之一，可消散几百瓦到上千瓦的热量。该厂家标准管路液冷板通过放置冷却液管，直接与被冷却设备底板接触，可以在设备和冷却液之间减少热交换介面的数量，从而维持最低热阻，提高性能。

该厂家是根据液冷板的工艺类型对液冷板类型做划分，主要有：真空钎焊式水冷板（Aluminum Vacuum Brazing Coldplate）、搅拌摩擦焊式水冷板（FSW Coldplate）、埋管式水冷板（Exposed Tube Coldplate）和深孔钻/腔体式水冷板（Aluminum / Copper Plate Long Hole Drilled）等几种液体冷却方式。他们各自的优缺点，可参照下表。

典型参数：

某厂家乙液冷板产品案例

这家是根据产品的最显著特征对冷板类型做划分的，共包括三种类型。

类型1，强调散热性能。在流体路径中采用翅片结构，增加与冷却液的接触面积，从而提高了热传导性能。产品具有真空钎焊构造，可提供定制化配置。

类型2，强调低压降。液冷板采用专门制作的CNC铣削微流道，在底板上形成流体通道。在低压降条件下，具有卓越的散热性能，从而降低了流体循环系统的成本。

类型3，强调管路嵌入的结构形式。将管材嵌入底板中，形成机械性能牢固的冷板。表面延伸液冷板采用更粗且布置更密集的管材增加面积，从而扩大与冷却液接触的表面积，进而提高热传导性能。

某厂家丙冷板产品案例

这种产品，整体重量较轻，但自身不能承重。

液冷板典型工艺

液冷板生产工艺对比一般的风冷散热器来说更复杂，液冷散热对于工艺上的可靠性要求较高，因而有较强的技术沉淀的厂家才能提供可靠的技术支持。一般的液冷板生产技术工艺有下面几种。

埋管工艺

埋管工艺是用得最多的液冷散热器液冷板的制作工艺，一般来说是铝基板埋铜管，即将铝基板用CNC加工铣槽，再采用冲压机将已弯好形状的铜管压到铝基板上，再进行钎焊焊接，然后进行后加工成水冷板。埋管式的液冷板一般有三种形式：一是浅埋管液冷板；二是深埋管液冷板；三是焊管工艺；四是双面夹管工艺液冷板。三种形式的工艺都差别不大，加工的难度也是一样的。有些原本是针对大功率开关器件设计的液冷原理，在动力电池冷却系统中，也可以借鉴应用。

浅埋管工艺：

适用单面安装，铜管压扁后与铝板同时铣面，充分利于铜管高导热性能带走热量，利用铝的轻量化起到减重及成本控制作用。

深埋管工艺：填料为美国进口高导热环氧树脂，被冷却器件温差要求不高的情况下，可单双面安装，因铜管厚度没有进行二次加工，且有填料保护可提供应用的安全性，特别适合冷媒为介质的冷板使用。

焊管工艺：适合铜板+铜管的方式，以此降低板材厚度起到减重效果。

双面夹管工艺：合两面安装器件，工艺简单成本低；铝板+铝管&铜管&不锈钢管。

型材+焊接

在型材的基础上加工而成的液冷散热器，此类散热器形状较多，有较多的种类，有板式，有通道式，有组合式的，大致的制作原理是在型材的基础上进行加工及焊接，将型材与接头管路组合成整体的液冷散热器。

利用挤压工艺将冷板流道直接成型，再通过机加方式打通循环，通常采用摩擦焊接、钎焊焊接等焊接工艺进行密封，此工艺生产效率高，成本低；不适用于散热密度过大的应用，不适合表面太多螺丝孔而限制水道走向或降低可靠性的应用条件。主要应用于：动力电池水冷散热加热装置、分水盒以及标准功率模块一体化散热产品。

机加工+焊接

水冷板采用机加的方式，内部流道尺寸、路径均可自由设计，适合功率密度较大、热源布局不规则、空间受限的热管理产品，主要应用于：风电变流器、光伏逆变器、IGBT、电机控制器、激光器、储能电源、超算服务器等领域的散热产品设计上，而在动力电池系统中应用较少。

微通道散热器，也是一种结合机加工和焊接工艺制造而成的散热器，它制作要比其他散热器复杂，微通道散热器一般用于散热功率较大而且散热较为集中的机器上，微通道的方式因为水道较宽而且较为均匀，能快速的带走集中的热量。但是微通道的液冷散热器制作工艺也较为复杂，一般是采用机加工微通道，再用摩擦焊的工艺进行焊接，制作成本也较高。

压铸+焊接

压铸工艺是非常成熟且应用广泛的成型方式，随着新能源汽车的快速发展, 成为电机控制器、动力电池包托盘及散热箱体成批量生产的首选方式，但需在工艺上控制压铸杂质、气孔等问题，保守采用密封圈方式或者采用摩擦焊焊接的方式，都需要在工艺上提高可靠性避免导致漏水问题。压铸成型再焊接，工艺控制良好，且制程稳定，具备批量交付能力。除了摩擦焊焊接工艺，部分水冷板还会采用钎焊或真空钎焊的焊接工艺。