新能源散热的创新实践:水冷板流道设计的关键突破

杰创测控
2025-04-23
    在新能源汽车、储能系统等高功率场景中,动力电池与功率器件的热管理直接决定了设备寿命与安全性。水冷板作为液冷技术的核心部件,其流道设计正通过结构创新、材料革新与制造工艺突破,不断突破散热瓶颈。

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温差控制与流道结构创新:从“蛇形”到“多级分层”


    传统蛇形流道因入口-出口温差大、压力损失高等问题,难以满足新能源领域对均温性(≤3℃)和能效的双重要求。新一代流道设计通过分层结构与动态热交换,实现精准控温:

   1、回流腔道设计:在出口区域引入高温冷却液回流至入口,通过热交换中和温差,将整体温差从5℃以上降低至2.1℃以内。

   2、纵向分层流道:如宁德时代麒麟电池的纵向水冷板设计,将冷却面积提升4倍,覆盖电芯侧面与底部,结合“瓦楞纸板”式弹性夹层,平衡热膨胀与结构强度。

   3、并联多支路布局:保时捷Taycan采用13支路并联流道,结合口琴管设计(单管含10个并联微流道),实现紧凑布局与低压降的平衡。


流道优化策略:从仿真驱动到湍流强化


流道设计的核心矛盾在于散热效率与能耗的博弈,需通过多维度优化实现突破:

1、形态优化:

避免短路流:通过肋片延长流道路径,如铂力特的极小曲面散热器(芯体厚度仅0.35mm),换热量提升20%,压降减少70%。

强化湍流:针肋(Pin-Fin)结构通过增加水流扰动,提升换热系数,如某IGBT水冷板采用叉排针肋设计,结温降至118℃,温差仅0.6℃。

2、参数平衡:

流量与能耗:微通道液冷板研究表明,流量超过4g/s后散热增益有限,但能耗激增24倍,需以仿真驱动确定最优流量。

流道尺寸:宽度与高度增加会降低散热效率,但可改善均温性,需结合热源分布动态调整。


材料与制造技术:从“埋铜管”到“3D打印一体化”


材料与工艺的协同创新,释放了流道设计的自由度:

1、高导热材料:铂力特推出BLT-AlAM300C高导热铝合金,成本降低30%,结合3D打印实现复杂流道(如极小曲面)的一体成型。

2、制造工艺革新:

激光焊接替代埋管:SUMMUS信合激光通过自熔式深熔焊接,直接形成密封流道,工序减少50%,且无泄漏风险。

真空钎焊微通道:支持流道宽度低至0.5mm,散热功率密度超500W/cm²,适用于5G基站与车规级SiC模块。

3、模块化设计:如金龙汽车新型多合一控制器,采用多边形翅片分割流道,散热面积增加15%,实现双面模块同步冷却。


水冷板流道设计已从单一散热功能演变为融合材料科学、流体力学与智能制造的跨学科工程。未来,随着800V高压平台普及与液冷渗透率提升,散热技术的创新将持续推动新能源领域向高效、可靠、低碳方向迈进。

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而水冷板的出厂品质直接决定了散热系统的可靠性、寿命及安全性,从材料筛选到工艺控制,从流道设计到全生命周期检测,每一环节的严格品控都是保障设备稳定运行的核心,作为液冷散热器领域的专业服务商,杰创测控深耕行业技术研发,自主研发的水冷性能测试机和流道清洗机,为液冷散热器生产环节提供一站式现场检测与清洗,全力保障每一件出厂产品的卓越品质。


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