فرآیند تولید صفحه خنک‌کننده مایع: از مواد تا تست دقیق

همانطور که وسایل نقلیه انرژی جدید، مراکز داده و سیستم های ذخیره انرژی رشد انفجاری را تجربه می کنند، عملکرد حرارتی صفحات خنک کننده مایع به طور مستقیم پایداری و عمر مفید تجهیزات را تعیین می کند. یک ساختار کانال جریان خوب طراحی شده به طور قابل توجهی یکنواختی دمای ماژول های باتری را بهبود می بخشد، در حالی که فرآیندهای تولید پیشرفته طراحی مسیر جریان، مقاومت در برابر فشار و کارایی هزینه را تضمین می کند. این مقاله مروری جامع از فن‌آوری‌های اصلی ساخت، تکنیک‌های کلیدی و نقاط کنترل کیفیت برای صفحات خنک‌کننده مایع ارائه می‌کند.
1. انتخاب مواد و پیش درمان
1.1 مواد اصلی
آلیاژهای آلومینیوم: انتخاب غالب برای صفحات خنک کننده باتری EV، متعادل کننده هدایت حرارتی، وزن سبک، استحکام، پردازش پذیری و هزینه. آلیاژ آلومینیوم 3003 به دلیل فناوری بالغ و عملکرد جامع عالی به طور گسترده ای استفاده می شود.
آلیاژهای مس: مس خالص (رسانایی حرارتی: 401 W/m·K) برای سناریوهای پرقدرت (مثلاً سکوهای ولتاژ بالا 800 ولت) ایده‌آل است که برای جلوگیری از خوردگی نیاز به آبکاری نیکل یا آنودیزاسیون دارند.
مواد کامپوزیت: کامپوزیت های آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا (ساختار 3 لایه: هسته + لایه لحیم کاری + لایه قربانی) برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت مکانیکی برتر دارند استفاده می شود.

1.2 فرآیند قبل از درمان
چربی زدایی سطح: تمیز کردن اولتراسونیک (28 تا 80 کیلوهرتز) آلاینده های روغن را حذف می کند تا از جوشکاری و غیرفعال شدن قابل اطمینان اطمینان حاصل شود.
غیرفعال سازی: غیرفعال سازی کرومات یا بدون کروم (مثلاً محلول نمک تیتانیوم) یک لایه محافظ در مقیاس نانو را تشکیل می دهد که به بیش از 1000 ساعت مقاومت در برابر پاشش نمک می رسد.

2. فن آوری های شکل دهی کانال جریان
2.1 شکل گیری مهر زنی: هسته تولید با حجم بالا
ویژگی های فرآیند: پرس های سروو 60 ضربه در دقیقه مهر زنی با سرعت بالا با تحمل عمق کانال جریان 0.05 ± میلی متر ارائه می دهند. ایده آل برای صفحات خنک کننده متوسط/کوچک با استفاده از 70% + مواد.
مورد: باتری‌های BYD Seal CTB از خنک‌کننده مستقیم صفحه مهر استفاده می‌کنند و راندمان تبادل حرارت را تا 40 درصد از طریق کانال‌های جریان بزرگ افزایش می‌دهند.

2.2 هیدروفرمینگ: متخصص کانال جریان پیچیده
مراحل فرآیند: برش خالی آلومینیومی (±0.1 میلی متر) ← انبساط هیدرولیکی (30-50 مگاپاسکال، 2 تا 10 ثانیه نگه داشتن) ← برش جت آب → مجموعه لحیم کاری خلاء.
مزایا: انعطاف‌پذیری طراحی بالا (ساختارهای سرپانتین، شاخه‌دار) با 20% افت فشار کمتر نسبت به صفحات مهر شده.
مورد: باتری CATL Kirin از صفحات بزرگ هیدروفرم شده (1200×800×50 میلی‌متر) استفاده می‌کند که منطقه خنک‌کننده را 4× افزایش می‌دهد.
2.3 شکل دهی اکستروژن: راه حل استاندارد مقرون به صرفه
فرآیند: اکستروژن پروفیل های آلومینیومی با کانال های جریان از پیش ساخته شده (به عنوان مثال، لوله های سازدهنی)، به دنبال برش و جوشکاری هدر.
محدودیت ها: 30٪ هزینه کمتر از مهر زنی اما محدود به کانال های جریان مستقیم، مناسب برای صفحات خنک کننده ظروف ذخیره انرژی.
2.4 چاپ سه بعدی: پیشرفت نوآوری ساختاری

فناوری: تف جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) صفحات خنک کننده یکپارچه بدون درزهای جوشی را تولید می کند که فشار بیش از 6 بار را تحمل می کنند.
مورد: صفحات چاپ سه بعدی CoolestDC سنگاپور از باله های مورب برای بهبود راندمان خنک کننده تا 20% استفاده می کنند که در سیستم های خنک کننده GPU NVIDIA H100 مستقر شده اند.

3. ماشینکاری کانال جریان: هسته عملکرد حرارتی
3.1 روش های اصلی
فرآیند لوله جاسازی شده: لوله های مسی در شیارهای آلومینیومی آسیاب شده (نسبت عمق به قطر ≤3:1) فشرده شده و از طریق لحیم کاری ثابت می شوند.
مزایا: خطر نشت صفر (لوله بدون درز)، بالغ و مقرون به صرفه.
معایب: انعطاف پذیری کانال جریان محدود. خطر خوردگی گالوانیکی بین مس و آلومینیوم.
موارد استفاده: خنک کننده مایع سرور، هیت سینک اینورتر صنعتی.
ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM): برش سیم (با دقت 0.01 میلی‌متر) میکرو کانال‌هایی را در قالب‌های آلیاژ سخت برای نمونه‌سازی ایجاد می‌کند.
حکاکی شیمیایی: فوتولیتوگرافی + حکاکی NaOH کانال هایی در مقیاس میکرو برای صفحات بسیار نازک (≤0.5 میلی متر) تولید می کند.
3.2 طرح های نوآورانه
کانال‌های جریان بیونیک: کانال‌های باله‌ای شکل کوسه Valeo تلاطم مایع خنک‌کننده را افزایش می‌دهند و ضریب انتقال حرارت را تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهند.
ساختارهای شاخه ای: ماژول های باتری تسلا 4680 از صفحات شاخه جانبی با شاخه های فرعی 15 درجه برای به حداقل رساندن اختلاف دما استفاده می کنند.

4. فن آوری های جوشکاری: چالش های آب بندی و استحکام
4.1 لحیم کاری خلاء: تولید انبوه ترجیح داده می شود
اصل: پرکننده لحیم کاری آلومینیوم-سیلیکون در یک کوره خلاء ذوب می شود و صفحات کانال جریان را به هم متصل می کند و به صورت متالورژیکی پوشش می دهد.
مزایا: پشتیبانی از ساختارهای پیچیده میکرو کانال / باله (30٪ افزایش بهره وری). ساختار آلومینیومی سبک وزن، فشار بیش از 10 بار را تحمل می کند.
مورد: صفحات باتری CATL CTP از لحیم کاری خلاء با تغییر شکل کمتر از 0.1 میلی متر استفاده می کنند.
4.2 جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW): پیوند با استحکام بالا
اصل: یک پین دوار گرمای اصطکاکی تولید می کند تا مواد را پلاستیک کند و جوش های حالت جامد ایجاد کند.
مزایا: استحکام جوش به 90% + فلز پایه می رسد. سازگار با محیط زیست (بدون سیم پرکننده/گاز محافظ).
مورد: باتری های BYD Dolphin از FSW برای چسباندن صفحات و محفظه ها استفاده می کنند و آزمایش فشار 20 بار را پشت سر می گذارند.
4.3 مهر زنی + فرآیند هیبریدی لحیم کاری
ویژگی ها: ترکیبی از کارایی مهر زنی با آب بندی لحیم کاری. 40٪ هزینه کمتر از FSW.
موارد استفاده: بشقاب ظروف ذخیره انرژی، هیت سینک لوازم خانگی.
4.4 جوش لیزری
مزایا: حداقل منطقه متاثر از حرارت، 90٪ + استحکام جوش، بدون تغییر شکل / تخلخل. 5-10× سریعتر از روش های سنتی.
کاربردها: باتری های برقی، تبرید صنعتی، سیستم های انرژی خورشیدی.

5. درمان سطح و تضمین کیفیت
5.1 درمان سطحی
آندایزاسیون: آندایزاسیون اسید سولفوریک (12-18 ولت) لایه های اکسیدی 5-20 میکرومتر، مقاومت در برابر خوردگی 10× بهبود یافته و عایق بهبود یافته (ولتاژ شکست> 500 ولت) ایجاد می کند.
پوشش PTFE: لایه های پلی تترا فلوئورواتیلن 50 تا 100 میکرومتر ضریب اصطکاک را به 0.1 کاهش می دهد و مقاومت جریان خنک کننده را به حداقل می رساند.

5.2 تست کامل فرآیند
تشخیص نشت:
طیف سنجی جرمی هلیوم (1×10-4 mbar·L/s): صفحات باتری EV، نرخ نشت ≤0.1 sccm.
تست هیدرواستاتیک (فشار کاری 1.5×، 30 دقیقه نگهداری): صفحات ذخیره انرژی.
کیفیت داخلی:
Ultrasonic C-SAM (50-200 MHz): عیوب لحیم کاری (حفره های بیش از 5%) را با وضوح 50 میکرومتر تشخیص می دهد.
CMM (±0.002 میلی متر): ابعاد کانال و دقت تماس سلول را تأیید می کند.

نتیجه گیری
تولید صفحات خنک کننده مایع، علم مواد، ماشینکاری دقیق و فن آوری های جوشکاری پیشرفته را ادغام می کند. از آماده سازی بستر آلومینیومی 3003 تا آزمایش نشت هلیوم، هر فرآیندی به طور مستقیم بر عملکرد خنک کننده و قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد. با افزایش تقاضای مدیریت حرارتی با چگالی بالا، نوآوری هایی مانند کانال های بیونیک چاپ سه بعدی و سازه های یکپارچه FSW کارایی را بیشتر افزایش می دهد و در عین حال هزینه ها را کاهش می دهد.