Taille maximale du dissipateur thermique en aluminium pour la refroidissement de la batterie automobile?

La chaleur de la batterie s'accumule rapidement pendant la charge et la décharge. Si le dissipateur de chaleur est trop petit, la batterie surchauffe. Si c'est trop grand, il peut ne pas fonctionner comme prévu ou ne pas même s'ajuster.

Il existe une taille maximale pratique pour les dissipateurs thermiques en aluminium en raison des limites de fabrication et des contraintes de conception du système.

La taille compte, mais ce n'est pas toujours mieux. Dans le refroidissement des batteries automobiles, trouver la bonne taille du dissipateur thermique signifie équilibrer les besoins thermiques, la capacité de fabrication et la conception du système. Explorons ce qui définit la taille maximale.

Quelles sont les limites de taille existantes dans la moulage sous pression ou l'extrusion?

Les ingénieurs rêvent souvent d'un seul, énorme dissipateur de chaleur. Mais en pratique, les outils de fabrication et les limites du processus fixent des frontières rigides en termes de taille.

Le moulage sous pression et l'extrusion d'aluminium ont des limites dimensionnelles claires en raison de la taille de la presse, du stress des outils et du contrôle de la déformation.

Limites de processus par méthode

L'extrusion est idéale pour les pièces longues et étroites, comme les ailettes de refroidissement du panneau d'alimentation de la batterie. La presse détermine la largeur de la forme. Les sections transversales au-dessus de 500 mm sont rares et coûteuses.

Le moulage sous pression permet des formes plus complexes, mais est limité en ce qui concerne l'uniformité de la taille et de l'épaisseur. Les matrices à haute pression ne se scales pas bien au-delà de 800 mm sur un axe.

Le fraisage CNC peut enlever du matériau d'un lingot de grande taille, mais cela est lent, coûteux et gaspilleur - surtout lorsque de l'aluminium est enlevé en grande quantité.

Pour des plaques de refroidissement de batteries massives, une méthode courante estrejoindre plusieurs pièces extrudéesen utilisantsoudure par friction sous chauffage (FSW)ousoudure au videpour former une plaque continue.

Exemples de contraintes du monde réel

Si vous vous approvisionnez auprès d'un fabricant thermique de premier plan, attendez-vous à des limites de largeur d'extrusion d'environ 450 à 500 mm. Tout ce qui est plus large est souvent en deux parties et est assemblé.

Un radiateur de batterie en un seul morceau de 2000 mm × 1000 mm n'est pas réaliste. Mais une section de 1000 mm × 500 mm jointée de manière modulaire l'est.

Comment la taille affecte-t-elle les performances thermiques dans les systèmes de véhicules électriques?

Nous pensons tous qu'un dissipateur thermique plus grand signifie une meilleure refroidissement. Mais ce n'est pas aussi simple. La taille change la manière dont le chaleur se déplace et la manière dont le comportement du flux d'air.

La performance thermique s'améliore avec la taille - mais seulement jusqu'à un certain point. Les grandes surfaces font face aux pertes de dissipation thermique et aux défis de circulation de l'air.

Facteurs clés du comportement thermique

Quand la chaleur se déplace à travers un récipient, elle se répand à partir de sources localisées (cellules ou modules de batterie). Un récipient plus grand doit gérer:

• Chemin thermique plus long: La chaleur doit voyager plus loin pour atteindre les bords
• Résistance de propagation: Les plaques plus larges nécessitent une meilleure conduction à travers le plan
• Distribution d'air ou de fluide refrigerant: Les grandes surfaces nécessitent un flux équilibré pour éviter les points chauds

Une plaque d'aluminium unique de plus de 1000 mm de long pourrait rester beaucoup plus chaude à l'extrémité opposée si la chaleur ne peut pas se propager suffisamment vite ou si le refroidissant n'est pas distribué uniformément.

Équations de transfert de chaleur à l'échelle

La plus grande la surface, plus de chaleur vous pouvez rejeter - jusqu'au point où les limites de conduction à l'intérieur de la plaque commencent à dominer. Par exemple:

Q = k × A × ΔT / d

Où:

• Q= chaleur transférée
• k= conductivité thermique
• A= surface
• ΔT= différence de température
• d= épaisseur

À mesure que A augmente, d doit rester optimisé. Un plateau fin et grand court le risque de bouchons de chaleur sauf si la qualité du matériau et l'agencement sont soigneusement réglés.

Les grandes plaques doivent utiliser des alliages à haute conductivité (6063, 1050) et incluent souvent des canaux de refroidissement internes ou des couches de matériaux de changement de phase.

Application pratique

Dans les systèmes d'EV à batterie, des zones de refroidissement de 600 mm × 400 mm sont courantes. Les packs plus grands utilisent plusieurs zones avec des voies de refroidissement dédiées.

Tenter de s'étirer au-delà de cela peut entraîner une performance médiocre en raison d'un mauvais débit fluide ou d'une conduction latérale lente.

Peut-on réduire l'efficacité de refroidissement avec des dissipateurs thermiques trop grands?

Plus grand est meilleur jusqu'à ce qu'il ne le soit pas. L'excès de taille cause des problèmes imprévus : un ralentissement thermique plus important, un débit inégal et une mauvaise intégration mécanique.

Oui, les dissipateurs thermiques surdimensionnés peuvent réduire l'efficacité en raison d'une mauvaise dissipation de la chaleur, de retards thermiques et de différences de conception.

Pourquoi trop grand n'est pas toujours mieux

Au début, cela semble logique : plus la surface, plus le refroidissement. Mais dans les systèmes réels de VE, les dissipateurs thermiques de grande taille peuvent se comporter peor:

1. Distribution inégale de la température

Si le refroidissant ou l'air ne parvient pas à atteindre toute la surface de manière uniforme, certaines zones restent chaudes. Cela cause:

• Gradients thermiques
• Imbalance du module
• Vie de la batterie réduite

2. Retard de propagation de la chaleur

Dans les plaques d'aluminium plus grandes, la chaleur met plus de temps à atteindre la surface. En particulier avec les alliages à conductivité inférieure, cela cause un décalage temporel et une résistance thermique.

3. Déformation structurale

Grands plaques fines peuvent se déformer sous l'effet de la chaleur. L'arrondi réduit le contact avec les cellules de batterie et nuit à la performance de l'interface thermique.

4. Masse et coût ajoutés

Les composants surdimensionnés utilisent plus d'aluminium, pèsent plus lourd et nécessitent plus de fraisage. Dans la conception automobile, chaque gramme compte.

Les meilleures pratiques

Au lieu de partir grand, allezintelligent:

• Utiliserplusieurs sinks optimisés
• Ajouterchannels de refroidissement
• Choisiralliages à haute conductivité thermique
• Considérer couches de changement de phasepour la gestion passive de la chaleur

Le design modulaire est-il mieux adapté pour les packs de batteries de grande capacité ?

Les packs de batteries de véhicules électriques sont en croissance. Plus de cellules, plus de chaleur. Une seule plaque semble pratique, mais la modularité apporte des avantages sérieux.

Oui, la conception de dissipateur thermique modulaire est meilleure pour les grandes packs. Elle améliore l'assemblage, la réparabilité, le contrôle thermique et la fabricabilité.

Avantages des structures de refroidissement modulaires

C'est ce que signifie réellement le design modulaire. Au lieu d'un énorme réservoir, utilisez plusieurs plus petits. Chaque élément se connecte à une section du pack de batteries.

Principaux avantages:

Ajustement des performances thermiques

Dans un système modulaire, chaque plaque peut être optimisée pour sa charge. Vous pouvez:

• Utiliser des plaques plus épaisses où les cellules sont plus denses
• Ajouter des ailettes ou des canaux de refroidissement localement
• Diviser le flux de refroidissant par zone

Cela garantit que l'énergie n'est pas gaspillée en surrefroidissant des zones de faible charge tout en maintenant des zones à haute température en sécurité.

Exemples dans des packs de VE réels

Beaucoup de fournisseurs de batteries de premier niveau utilisent des plateaux de refroidissement modulaires. Chaque plateau contient un module de batterie et est connecté à une ligne de refroidissement principale. Cela améliore également la serviceabilité - échangez une plaque, pas tout le pack.

Conclusion

La taille du dissipateur thermique en aluminium pour le refroidissement de la batterie d'une EV est limitée à la fois par la fabrication et les performances thermiques. Alléger trop fortement peut nuire à l'efficacité et augmenter le risque. Les conceptions modulaires utilisant des segments extrudés ou soudés offrent le meilleur équilibre entre la scalabilité, le coût et la fonction réelle du monde. Toujours mesurez intelligemment, pas seulement grand.