液冷板设计规范

实用文档液冷板设计规范目录TOC\o"1-2"\h\u262861适用范围 1162932功能 1202333规范引用文件 151653术语和定义 1256674液冷板设计技术参数输入 2269265液冷板选型 2163455.1液冷板类型平台 2319435.2液冷板选型标准 3285725冷板设计 353615.1材料选择 3315915.2流道及结构设计要点 353325.3布置安装 7126925.4技术要求 8291615.5试验方法 914360附表一进出快插公接头选型表 1212081附表二液冷板常用扁管选型表 133942附表三：凸点的结构和流道尺寸设计选型表 141适用范围本标准用于指导介质为水：乙二醇/50:50的电动汽车PACK包液冷板散热的设计，目在于新开发的液冷板设计合理有效。本规范是对嘉和华亨开发、生产的液冷板的设计指导。同时规定了有关产品的制作、检查、使用等内容。2功能①散热功率大，避免过量温升的发生；②可靠性高，在振动、冲击等严酷条件下防止泄露；③散热设计精准，避免模组温差过大；④轻量化。3规范引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材ISO25239-5搅拌摩擦焊-铝合金-第五部分：质量检验要求GB11363-2008钎焊接头强度试验方法GB8619-1998焊缝强度试验方法GB/T27551-2011钎料铺展性及填缝金属材料焊缝破坏性试验断裂实验GB/T22087-2008铝及铝合金的弧焊接头：缺欠质量分级指导GB/T30512-2014汽车禁用物质要求GB/T3651-2008金属高温导热系数测量方法GB/T8446.2-2004电力半导体器件用散热器热阻和流阻测试方法GB/T19515-2016道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法GB/T31467.3-2015电动汽车用锂电池动力蓄电池包和体统第3部分：安全性要求和测试方法GB/T2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验盐雾3术语和定义液冷板在电池系统中，适用于充满间接接触液冷工质的金属散热器称为液冷。液冷板一般由铝合金磨具挤出或者冲压成型的金属板或者金属管，经过焊接成型。进出水口接头这是用于液冷工质循环的进出水口，一般由AL6061材质经过机加工成型，与液冷板经过焊接而成。导热性能指液冷板的导热能力，由液冷板材质的导热系数而定。焊接工艺类型液冷板的焊接有钎焊、搅拌摩擦焊和无钎料焊三种。钎焊工艺广泛用于传统的汽车散热器焊接，它是利用液态钎料浸湿母材、填充接口间隙与母材相互扩散来连接焊件，焊接优势在于可以焊接复杂结构，而且焊件的厚度可以做到非常薄。搅拌摩擦焊是利用焊头和工件端面相互运动与摩擦产生的热，使端部达到热塑性状态完成焊接，这种焊接要求焊件自身具有足够强度。无料钎焊是在钎焊的基础上发展而来，焊接的焊件厚度和重量都可以做到最小。4液冷板设计技术参数输入表4-1液冷板设计输入参数表项目参数备注电池模组边界尺寸（mm）确定冷板总体尺寸电池模组类型方形/圆形/软包确定冷却板的结构型式及布置方式电池模组间的温差要求一般要求温差≤5℃介质类型常用：水+乙二醇重量要求轻量化5液冷板选型5.1液冷板类型平台根据焊接工艺分类，有以下三种类型：表5-1液冷板分类表项目编号名称优点缺点JB搅拌摩擦焊冷板有工艺门槛；设计结构较灵活，性能好，可靠性高，承重好成本偏高、质量重BG扁管式冷板工艺门槛低，加工简单，成本低，适用于大批量生产流道布置单一，承重较差表5-1（续）CY冲压式冷板工艺门槛更高，设计结构更灵活，性能更好，可靠性高对焊接要求较高，生产效率低SX蛇形管冷却水能更多面积的与电芯接触工艺复杂，使用单一，主要针对圆柱形电芯5.2液冷板选型标准表5-2液冷板选择标准项目选型标准图例方形应用模组级别水冷板，放于电池底部（流道可设置于电芯箱体压铸成型）例如JB/BG/CY圆形蛇形管交错于圆柱形电池之间，每只电芯都能与水管接触，例如SX软包模组内部集成小型水冷板，模组中集成铝板，例如JB/CY5冷板设计5.1材料选择钎焊工艺冷板：AL-6063-t5搅拌摩擦焊冷板：AL-30035.2流道及结构设计要点5.2.1流道设计要点对于JB、BG、CY结构型式，流道结构主要分两种型式双回路和单回路，选择标准如下表。表5-3流道选型标准类型流道布置标准选择标准图例双回路流道排布在满足工艺条件下使流道排布间距尽量小，设置更多循环回路，这样能使电池受热或降温更均匀，温差小无论哪种结构型式，在满足布置空间的情况下，优先选择双回路，因为这样冷热同时存在，降低温差单回路流道排布在满足工艺条件下使流道排布间距尽量小，这样能使电池受热或降温更均匀5.2.2主体结构设计要点搅拌摩擦焊冷板设计要点：表5-4搅拌摩擦焊冷板设计要点项目图示描述备注说明整体结构用于充满间接接触式液冷工质的金属散热器，一般需要承载和受力时，采用比较厚重结构强度较大的铝型材搅拌摩擦焊接的冷板。流动形式双回路冷板特点就是进出水在同侧，一般情况下可以保证模组换热面都是冷热同时存在，可以降低冷板表面温差；单回路进出水位置在两侧，入水温度逐渐升高；空间布置允许情况下，优先双回路设计双回路单回路冷板主体冷板主体为挤压铝型材分段切割，机床机械加工而成（内部型腔的筋铣削加工）；其作用是与电芯热面接触进行换热。总厚度：8~10mm总宽度：≤360mm上下表面壁厚：1.5~2mm分割筋厚度：≥1.5mm前插头双回路堵头水嘴安装位置一般为同侧，单回路堵头水嘴安装位置一般为两端，在设计水嘴间距时要考虑走向管路及安装空间。双回路单回路后堵头双回路后堵头一般为较宽流利型腔，铝型材内部有冷却介质流过，由氩弧焊进行封堵密封；单回路后堵头为铝型材或铝塞条，进行搅拌摩擦焊或氩弧焊进行密封。双回路单回路扁管式冷板：表5-5扁管式冷板设计要点图示描述备注说明整体结构用于充满间接接触式液冷工质的散热器，对于目前的高能量密度需求来说，采用重量相对较轻的微通道扁管式的冷板；但是此种形式的冷板不能承受力，同时安装时也需要保护。表5-5（续）流动形式双回路冷板特点就是进出水在同侧，一般情况下可以保证模组换热面都是冷热同时存在，可以降低冷板表面温差；单回路进出水位置在两侧，入水温度逐渐升高；空间布置允许情况下，优先双回路设计。双回路单回路冷板主体冷板主体为铝型材微通道扁管，此种扁管广泛用于汽车空调换热系统。由于其有质量轻的特点，针对能量密度提升整包轻量化需求，适应性改进后应用到电池冷却；但其与电芯的接触面积要减少（约35%），目前现有的冷板规格（见附表二）前部集流管一般为同侧，单回路堵头水嘴安装位置一般为两端，在设计水嘴间距要考虑走向管路及安装空间。一般规格20*16，16*16，壁厚1.2。扁管在集流管上的排布间距和数量根据模组的尺寸确定双回路单回路后部集流管双回路集流管一般为双层，进水流程和出水流程，单回路集流管为单流程。目前应用大多是方形管，传统应用为圆形。一般规格20*16，16*16，壁厚1.2.双回路单回路冲压式冷板：表5-6冲压式冷板设计要点图示描述备注说明整体结构用于充满间接接触式液冷介质的金属散热器，冲压式冷板结构主要分为上下两块平的铝薄板；相对于型材冷板的厚度以及扁管冷板的介质，冲压板是一个折中方案，保证了与电池的换热面积又在一点程度上降低了冷却系统重量，同时流道是由模具冲压而成，灵活性很好，便于布置设计。流动形式双回路冷板特点就是进出水在同侧，一般情况下可以保证模组换热面都是冷热同时存在，可以降低冷板表面温差；单回路进出水位置在两侧，入水温度逐渐升高；空间布置允许情况下，优先双回路设计双回路单回路冷板上盖板冷板上盖板平面铝板，起到保证与电芯接触良好的作用，为适应钎焊的要求一般选材为AL3003，有钎焊层，壁厚0.8~2表5-6（续）下盖板冷板下盖板是由模具冲压而成，由板材冲压形成凸点和条状肋筋，进而形成水路流道，凸点可以起到扰流加强换热同时增强冷板强度作用，冷板的双回路和单回路完全取决于进出水接头位置。（凸点的结构和流道尺寸设计选型参见附表三）壁厚一般控制在0.8~1.5。行业平面度为0.5~0.8。蛇形管冷板：表5-7蛇形冷板设计要点图示描述备注说明整体结构用于充满间接接触式液冷介质的金属散热器，利用挤压工艺使管道成型，然后用机加工工艺打通循环，再用钎焊接头焊接而成；这样保证冷却液与每个电芯有更大接触，温差控制精准，但是适用比较单一，主要对于圆柱形电芯。流动形式双回路冷板特点就是进出水在同侧，一般情况下可以保证模组换热面都是冷热同时存在，可以降低冷板表面温差；单回路进出水位置在两侧，入水温度逐渐升高；空间布置允许情况下，优先双回路设计双回路单回路冷板主体冷板主体为铝型材微通道扁管，此种扁管广泛用于汽车空调换热系统。（具体规格参见附表二）由于其有质量轻的特点，针对能量密度提升整包轻量化需求。此扁管经过挤压成型后根据圆柱电芯直径机械加工成蛇形状。连接块连接块主要用于接头和挤压扁管的连接，选择型材机加工而成，材料AL6061。具体宽度选择根据圆柱电池高度。B为型材尺寸；D的尺寸的确定根据扁管的选型确定；C的尺寸确定依据5.2.3章节的进出口接头尺寸确定；接头、扁管与连接块配合均为间隙配合。5.2.3进出接头设计要点表5-8进出口接头选型设计标准名称图例选择标准备注VOSS目前我司采用均为快插式接头，具体采用VOSS、诗兰姆所哪种接头可根据客户要求，如客户无要求，根据两者经济性进行选择。用于液冷工质循环的进出水口，一般由AL6061材质经过机加工成型，与液冷板经过焊接而成（气焊），具体尺寸（见附表一）。诗兰姆5.3布置安装隔热材料铝壳体水冷板水冷板固定螺栓模组模组钣金壳体水冷板模组安装螺栓隔热材料铝壳体水冷板水冷板固定螺栓模组模组钣金壳体水冷板模组安装螺栓图4-1图4-2铝壳体导热垫模组铝壳体导热垫模组模组安装螺栓水冷板口琴管泡棉图4-3模组安装螺栓水冷板口琴管泡棉图4-1的布置形式为某型号车钣金箱体的设计方案，安装顺序为模组、导热垫、冷板及箱体穿起来共用螺栓固定，这种方式冷板受力多对冷板强度要求较高，同时设计冷板时焊缝位置一定要避开受力严重位置，控制冷板平面度（0.8~1行业加工能力）图4-2布置形式为铝箱体布置方案，模组和冷板分别固定在箱体上下，箱体安装梁分为两个台阶，模组固定在第一台阶，冷板固定在第二台阶，中间导热材料进行填充，这样可以使得冷板只受导热垫的向下压力，同时最大限度降低型材冷板重量。图4-3的布置方式为扁管铝箱体方案，扁管强度相对较弱，不能使用硬安装必须采用浮动支撑固定，模组单独使用螺栓固定在箱体，模组与扁管之间使用导热垫进行填充，下部粘贴硅泡棉进行支撑抵消导热垫向下的压力。5.4技术要求5.4.1一般要求无任何影响产品价值及性能的缺陷5.4.2气密性能应满足以下①或②①0.4MPa气压，浸入水中2min无泄漏②按换算，泄露量在3cc/min以下注：规定的试验条件要与①、②对应5.4.3耐压性能测定爆破压力5.4.4反复加压性能满足气密性能。目视确认，无内外部变形、破坏、结构变化。4.4.5耐高温试验满足气密要求，无变形损坏5.4.6耐低温试验满足气密要求，无变形损坏5.4.7清洁度检测目视检查无可见颗粒、杂质（无大于1.5mm颗粒杂质，且重量不大于20mg），且清洁度检测完，内部不能残留任何液体。5.4.8振动耐久实验试验后无泄漏，无机械损坏，平面度保持图纸要求。5.4.9流阻实验压差值符合图纸技术要求。5.4.10外部腐蚀实验满足气密性能。5.4.11内部腐蚀实验满足气密性能。5.4.12水冷板接头焊接强度测试要求接头焊接可抵抗拉拔力>50kg。5.4.13温度冲击性能满足气密性能。目视确认，无内、外部变形、破坏、结构变化。5.5试验方法5.5.1试验条件①试验温度：20±15℃（常温）。②试验湿度：65±20%RH（常温）③试验用的夹具和连接器的形状：采用另外规定的尺寸。5.5.2外观检查目测。5.5.3气密性能①确认在干燥空气下加压至0.4MPa后，保持1min，浸入水中2min。②使用气密仪检测设备检测。气体充入压力为0.2MPa以上。温度：20±15℃，泄露上限值3cc/min。5.5.4耐压性能保持通入水冷板气压≥0.6MPa，浸入水中，要求观察触摸水冷板表面有无鼓泡，不允许有泄露和机械损坏。X=6±0.1MPa，一个液冷板要经受到爆破的实验，即从0.35MPa加压到0.4MPa，从0.4MPa加压到0.45MPa，0.45MPa加压到0.5MPa。5.5.5破坏压力试验对水冷板进行持续进行加压，直到产品实效损毁为止，要求水冷板能承受最高压力≥1MPa。5.5.6反复加压试验乙二醇/水50:50；试验介质温度70℃。进行下表试验。在试验中每种冲击力各用一台样品进行试验（共需要3台样件）。即使样品在20万回依然没有破坏，试验可以终止。反复压力回数50000回以上26000回以上5400回以上5.5.7耐高温试验在120℃±3℃中放置72小时后，在常温下试验气密性能，目视外部、内部的结构。5.5.8耐低温试验在-40℃±3℃中放置72小时后，在常温下试验气密性能，目视外部、内部的结构。5.5.9清洁度测试用经过大于200目滤网的水冲洗2min。检查：先将水冷板注满经200目滤网过滤后干净的水，用32目滤网过滤所有水。在120℃±3℃中放置72小时后，在常温下试验气密性能，目视外部、内部的结构。5.5.10振动耐久测试在随模组装配成电池包情况下，按GB/T31467.3-2015item7.1.1试验后无泄漏，无机械损坏，平面度保持图纸要求。5.5.11流阻试验水冷板接入流量测试仪，冷却液温度（℃），流量（L/min），观察记录水冷板进出口压力值，得出水冷板进出口压力损失。5.5.12外部腐蚀试验GB/T31467.3-2015条款7.11