نظرًا لأن مركبات الطاقة الجديدة ومراكز البيانات وأنظمة تخزين الطاقة تشهد نموًا هائلاً، فإن الأداء الحراري لألواح التبريد السائلة يحدد بشكل مباشر استقرار المعدات وعمر الخدمة. تعمل بنية قناة التدفق المصممة جيدًا على تحسين توحيد درجة الحرارة لوحدات البطارية بشكل كبير، بينما تضمن عمليات التصنيع المتقدمة تصميم مسار التدفق الأمثل، ومقاومة الضغط، وكفاءة التكلفة. توفر هذه المقالة نظرة شاملة لتقنيات التصنيع السائدة والتقنيات الأساسية ونقاط مراقبة الجودة لألواح التبريد السائلة.
1. اختيار المواد والمعالجة المسبقة
1.1 المواد السائدة
سبائك الألومنيوم: الاختيار السائد لألواح تبريد بطاريات السيارات الكهربائية، مما يحقق التوازن بين التوصيل الحراري والوزن الخفيف والقوة وقابلية المعالجة والتكلفة. يتم استخدام سبائك الألومنيوم 3003 على نطاق واسع بسبب التكنولوجيا الناضجة والأداء الشامل الممتاز.
سبائك النحاس: يعتبر النحاس النقي (الموصلية الحرارية: 401 واط/م·ك) مثاليًا لسيناريوهات الطاقة العالية (على سبيل المثال، منصات الجهد العالي 800 فولت)، التي تتطلب طلاء النيكل أو الأكسدة لمنع التآكل.
المواد المركبة: يتم استخدام مركبات سبائك الألومنيوم عالية القوة (هيكل ثلاثي الطبقات: طبقة أساسية + طبقة لحام + طبقة مضحية) في التطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية فائقة.
1.2 عملية ما قبل المعالجة
إزالة الشحوم السطحية: يعمل التنظيف بالموجات فوق الصوتية (28-80 كيلو هرتز) على إزالة الملوثات الزيتية لضمان اللحام والتخميل الموثوق به.
التخميل: يشكل التخميل الخالي من الكرومات أو الكروم (على سبيل المثال، محلول ملح التيتانيوم) طبقة واقية على نطاق النانو، مما يحقق أكثر من 1000 ساعة من مقاومة رذاذ الملح.
2. تقنيات تشكيل قناة التدفق
2.1 تشكيل الختم: قلب الإنتاج عالي الحجم
ميزات العملية: توفر المكابس المؤازرة 60 ضربة / دقيقة ختمًا عالي السرعة مع تحمل عمق قناة التدفق بمقدار ± 0.05 مم. مثالية لألواح التبريد المتوسطة/الصغيرة مع استخدام المواد بنسبة 70%+.
الحالة: تعتمد بطاريات BYD Seal CTB التبريد المباشر بلوحة ختم، مما يعزز كفاءة التبادل الحراري بنسبة 40% عبر قنوات تدفق كبيرة المساحة.
2.2 التشكيل المائي: خبير قناة التدفق المعقد
خطوات العملية: قطع الألومنيوم الفارغ (±0.1 مم) ← التمدد الهيدروليكي (30–50 ميجا باسكال، ثبات لمدة 2–10 ثوانٍ) ← تشذيب نفاث الماء ← تجميع اللحام بالفراغ.
المزايا: مرونة عالية في التصميم (الهياكل السربنتينية والمتفرعة) مع فقدان ضغط أقل بنسبة 20% مقارنة بالألواح المختومة.
الحالة: تستخدم بطارية CATL Kirin ألواح كبيرة مشكلة هيدروليكيًا (1,200×800×50 مم)، مما يزيد من مساحة التبريد بمقدار 4×.
2.3 تشكيل البثق: حل قياسي فعال من حيث التكلفة
العملية: بثق مقاطع الألمنيوم مع قنوات التدفق المشكلة مسبقًا (على سبيل المثال، أنابيب الهارمونيكا)، يليها القطع واللحام الرأسي.
القيود: تكلفة أقل بنسبة 30% من الختم ولكنها تقتصر على قنوات التدفق المستقيمة، ومناسبة لألواح تبريد حاويات تخزين الطاقة.
2.4 الطباعة ثلاثية الأبعاد: اختراق الابتكار الهيكلي
التكنولوجيا: تنتج تقنية تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS) ألواح تبريد متجانسة بدون طبقات لحام، وتتحمل ضغطًا يزيد عن 6 بار.
الحالة: تستخدم اللوحات المطبوعة ثلاثية الأبعاد من CoolestDC في سنغافورة زعانف مائلة لتحسين كفاءة التبريد بنسبة 20%، ويتم نشرها في أنظمة تبريد وحدة معالجة الرسومات NVIDIA H100.
3. معالجة قنوات التدفق: جوهر الأداء الحراري
3.1 الطرق السائدة
عملية الأنبوب المضمن: يتم ضغط الأنابيب النحاسية في أخاديد الألومنيوم المطحونة (نسبة العمق / القطر ≥3:1) ويتم تثبيتها عن طريق اللحام بالنحاس.
الإيجابيات: عدم وجود خطر تسرب (الأنابيب غير الملحومة)، ناضجة وفعالة من حيث التكلفة.
السلبيات: مرونة قناة التدفق المحدودة؛ خطر التآكل الجلفاني بين النحاس والألومنيوم.
التطبيقات: التبريد السائل للخادم، بالوعة الحرارة العاكس الصناعي.
معالجة التفريغ الكهربائي (EDM): يؤدي قطع الأسلاك (دقة ± 0.01 مم) إلى إنشاء قنوات صغيرة في قوالب السبائك الصلبة للنماذج الأولية.
النقش الكيميائي: تنتج الطباعة الحجرية الضوئية + حفر NaOH قنوات صغيرة الحجم للألواح الرفيعة جدًا (.50.5 مم).
3.2 التصاميم المبتكرة
قنوات التدفق الإلكترونية: تعمل قنوات Valeo على شكل زعانف سمك القرش على تعزيز اضطراب سائل التبريد، مما يزيد من معامل نقل الحرارة بنسبة 15%.
الهياكل المتفرعة: تستخدم وحدات بطارية Tesla 4680 ألواحًا جانبية متفرعة بفروع فرعية بزاوية 15 درجة لتقليل فروق درجات الحرارة.
4. تقنيات اللحام: تحديات الختم والقوة
4.1 اللحام بالفراغ: يفضل الإنتاج الضخم
المبدأ: يتم ذوبان حشو النحاس المصنوع من الألومنيوم والسيليكون في فرن مفرغ، مما يؤدي إلى ربط ألواح قنوات التدفق والأغطية المعدنية.
المزايا: يدعم القنوات الدقيقة/هياكل الزعانف المعقدة (30%+ زيادة في الكفاءة)؛ هيكل من الألومنيوم خفيف الوزن يتحمل ضغطًا يزيد عن 10 بار.
الحالة: تستخدم لوحات بطارية CATL CTP لحامًا مفرغًا مع تشوه <0.1 مم.
4.2 لحام الاحتكاك (FSW): الترابط عالي القوة
المبدأ: يولد الدبوس الدوار حرارة احتكاكية لتلين المواد، مما يؤدي إلى إنشاء لحامات صلبة.
المزايا: قوة اللحام تصل إلى 90%+ من المعدن الأساسي؛ صديقة للبيئة (لا يوجد سلك حشو/غاز واقي).
الحالة: تستخدم بطاريات BYD Dolphin FSW لربط الألواح والمرفقات، واجتازت اختبار ضغط 20 بار.
4.3 عملية الختم + اللحام الهجين
الميزات: يجمع بين كفاءة الختم وختم اللحام بالنحاس. تكلفة أقل بنسبة 40% من FSW.
التطبيقات: لوحات حاوية تخزين الطاقة، بالوعة حرارة الأجهزة المنزلية.
4.4 اللحام بالليزر
المزايا: الحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة، 90%+ قوة اللحام، لا تشوه/مسامية؛ 5-10× أسرع من الطرق التقليدية.
التطبيقات: بطاريات السيارات الكهربائية، التبريد الصناعي، أنظمة الطاقة الشمسية.
5. المعالجة السطحية وضمان الجودة
5.1 المعالجة السطحية
الأنودة: أنودة حامض الكبريتيك (12-18 فولت) تخلق أفلام أكسيد 5-20 ميكرومتر، ومقاومة التآكل المحسنة 10× والعزل المعزز (جهد الانهيار> 500 فولت).
طلاء PTFE: تعمل طبقات بولي تترافلوروإيثيلين بسمك 50-100 ميكرومتر على تقليل معامل الاحتكاك إلى 0.1، مما يقلل من مقاومة تدفق سائل التبريد.
5.2 اختبار العملية الكاملة
كشف التسرب:
قياس طيف كتلة الهيليوم (1×10⁻⁹ مليبار·لتر/ثانية): ألواح بطارية السيارة الكهربائية، معدل التسرب ≥0.1 sccm.
الاختبار الهيدروستاتيكي (1.5× ضغط التشغيل، ثبات لمدة 30 دقيقة): ألواح تخزين الطاقة.
الجودة الداخلية:
الموجات فوق الصوتية C-SAM (50-200 ميجاهرتز): يكتشف عيوب اللحام (الفراغات > 5%) بدقة 50 ميكرومتر.
CMM (±0.002 مم): يتحقق من أبعاد القناة ودقة الاتصال بالخلية.
خاتمة
يدمج تصنيع ألواح التبريد السائلة علوم المواد، والتصنيع الدقيق، وتقنيات اللحام المتقدمة. بدءًا من إعداد ركيزة الألومنيوم 3003 وحتى اختبار تسرب الهيليوم، تؤثر كل عملية بشكل مباشر على أداء التبريد وموثوقيته. ومع تزايد متطلبات الإدارة الحرارية عالية الكثافة، فإن الابتكارات مثل القنوات الإلكترونية المطبوعة ثلاثية الأبعاد والهياكل المتجانسة للFSW ستعمل على تعزيز الكفاءة مع تقليل التكاليف.
نظرًا لأن مركبات الطاقة الجديدة ومراكز البيانات وأنظمة تخزين الطاقة تشهد نموًا هائلاً، فإن الأداء الحراري لألواح التبريد السائلة يحدد بشكل مباشر استقرار المعدات وعمر الخدمة. تعمل بنية قناة التدفق المصممة جيدًا على تحسين توحيد درجة الحرارة لوحدات البطارية بشكل كبير، بينما تضمن عمليات التصنيع المتقدمة تصميم مسار التدفق الأمثل، ومقاومة الضغط، وكفاءة التكلفة. توفر هذه المقالة نظرة شاملة لتقنيات التصنيع السائدة والتقنيات الأساسية ونقاط مراقبة الجودة لألواح التبريد السائلة.
1. اختيار المواد والمعالجة المسبقة
1.1 المواد السائدة
سبائك الألومنيوم: الاختيار السائد لألواح تبريد بطاريات السيارات الكهربائية، مما يحقق التوازن بين التوصيل الحراري والوزن الخفيف والقوة وقابلية المعالجة والتكلفة. يتم استخدام سبائك الألومنيوم 3003 على نطاق واسع بسبب التكنولوجيا الناضجة والأداء الشامل الممتاز.
سبائك النحاس: يعتبر النحاس النقي (الموصلية الحرارية: 401 واط/م·ك) مثاليًا لسيناريوهات الطاقة العالية (على سبيل المثال، منصات الجهد العالي 800 فولت)، التي تتطلب طلاء النيكل أو الأكسدة لمنع التآكل.
المواد المركبة: يتم استخدام مركبات سبائك الألومنيوم عالية القوة (هيكل ثلاثي الطبقات: طبقة أساسية + طبقة لحام + طبقة مضحية) في التطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية فائقة.
1.2 عملية ما قبل المعالجة
إزالة الشحوم السطحية: يعمل التنظيف بالموجات فوق الصوتية (28-80 كيلو هرتز) على إزالة الملوثات الزيتية لضمان اللحام والتخميل الموثوق به.
التخميل: يشكل التخميل الخالي من الكرومات أو الكروم (على سبيل المثال، محلول ملح التيتانيوم) طبقة واقية على نطاق النانو، مما يحقق أكثر من 1000 ساعة من مقاومة رذاذ الملح.
2. تقنيات تشكيل قناة التدفق
2.1 تشكيل الختم: قلب الإنتاج عالي الحجم
ميزات العملية: توفر المكابس المؤازرة 60 ضربة / دقيقة ختمًا عالي السرعة مع تحمل عمق قناة التدفق بمقدار ± 0.05 مم. مثالية لألواح التبريد المتوسطة/الصغيرة مع استخدام المواد بنسبة 70%+.
الحالة: تعتمد بطاريات BYD Seal CTB التبريد المباشر بلوحة ختم، مما يعزز كفاءة التبادل الحراري بنسبة 40% عبر قنوات تدفق كبيرة المساحة.
2.2 التشكيل المائي: خبير قناة التدفق المعقد
خطوات العملية: قطع الألومنيوم الفارغ (±0.1 مم) ← التمدد الهيدروليكي (30–50 ميجا باسكال، ثبات لمدة 2–10 ثوانٍ) ← تشذيب نفاث الماء ← تجميع اللحام بالفراغ.
المزايا: مرونة عالية في التصميم (الهياكل السربنتينية والمتفرعة) مع فقدان ضغط أقل بنسبة 20% مقارنة بالألواح المختومة.
الحالة: تستخدم بطارية CATL Kirin ألواح كبيرة مشكلة هيدروليكيًا (1,200×800×50 مم)، مما يزيد من مساحة التبريد بمقدار 4×.
2.3 تشكيل البثق: حل قياسي فعال من حيث التكلفة
العملية: بثق مقاطع الألمنيوم مع قنوات التدفق المشكلة مسبقًا (على سبيل المثال، أنابيب الهارمونيكا)، يليها القطع واللحام الرأسي.
القيود: تكلفة أقل بنسبة 30% من الختم ولكنها تقتصر على قنوات التدفق المستقيمة، ومناسبة لألواح تبريد حاويات تخزين الطاقة.
2.4 الطباعة ثلاثية الأبعاد: اختراق الابتكار الهيكلي
التكنولوجيا: تنتج تقنية تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS) ألواح تبريد متجانسة بدون طبقات لحام، وتتحمل ضغطًا يزيد عن 6 بار.
الحالة: تستخدم اللوحات المطبوعة ثلاثية الأبعاد من CoolestDC في سنغافورة زعانف مائلة لتحسين كفاءة التبريد بنسبة 20%، ويتم نشرها في أنظمة تبريد وحدة معالجة الرسومات NVIDIA H100.
3. معالجة قنوات التدفق: جوهر الأداء الحراري
3.1 الطرق السائدة
عملية الأنبوب المضمن: يتم ضغط الأنابيب النحاسية في أخاديد الألومنيوم المطحونة (نسبة العمق / القطر ≥3:1) ويتم تثبيتها عن طريق اللحام بالنحاس.
الإيجابيات: عدم وجود خطر تسرب (الأنابيب غير الملحومة)، ناضجة وفعالة من حيث التكلفة.
السلبيات: مرونة قناة التدفق المحدودة؛ خطر التآكل الجلفاني بين النحاس والألومنيوم.
التطبيقات: التبريد السائل للخادم، بالوعة الحرارة العاكس الصناعي.
معالجة التفريغ الكهربائي (EDM): يؤدي قطع الأسلاك (دقة ± 0.01 مم) إلى إنشاء قنوات صغيرة في قوالب السبائك الصلبة للنماذج الأولية.
النقش الكيميائي: تنتج الطباعة الحجرية الضوئية + حفر NaOH قنوات صغيرة الحجم للألواح الرفيعة جدًا (.50.5 مم).
3.2 التصاميم المبتكرة
قنوات التدفق الإلكترونية: تعمل قنوات Valeo على شكل زعانف سمك القرش على تعزيز اضطراب سائل التبريد، مما يزيد من معامل نقل الحرارة بنسبة 15%.
الهياكل المتفرعة: تستخدم وحدات بطارية Tesla 4680 ألواحًا جانبية متفرعة بفروع فرعية بزاوية 15 درجة لتقليل فروق درجات الحرارة.
4. تقنيات اللحام: تحديات الختم والقوة
4.1 اللحام بالفراغ: يفضل الإنتاج الضخم
المبدأ: يتم ذوبان حشو النحاس المصنوع من الألومنيوم والسيليكون في فرن مفرغ، مما يؤدي إلى ربط ألواح قنوات التدفق والأغطية المعدنية.
المزايا: يدعم القنوات الدقيقة/هياكل الزعانف المعقدة (30%+ زيادة في الكفاءة)؛ هيكل من الألومنيوم خفيف الوزن يتحمل ضغطًا يزيد عن 10 بار.
الحالة: تستخدم لوحات بطارية CATL CTP لحامًا مفرغًا مع تشوه <0.1 مم.
4.2 لحام الاحتكاك (FSW): الترابط عالي القوة
المبدأ: يولد الدبوس الدوار حرارة احتكاكية لتلين المواد، مما يؤدي إلى إنشاء لحامات صلبة.
المزايا: قوة اللحام تصل إلى 90%+ من المعدن الأساسي؛ صديقة للبيئة (لا يوجد سلك حشو/غاز واقي).
الحالة: تستخدم بطاريات BYD Dolphin FSW لربط الألواح والمرفقات، واجتازت اختبار ضغط 20 بار.
4.3 عملية الختم + اللحام الهجين
الميزات: يجمع بين كفاءة الختم وختم اللحام بالنحاس. تكلفة أقل بنسبة 40% من FSW.
التطبيقات: لوحات حاوية تخزين الطاقة، بالوعة حرارة الأجهزة المنزلية.
4.4 اللحام بالليزر
المزايا: الحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة، 90%+ قوة اللحام، لا تشوه/مسامية؛ 5-10× أسرع من الطرق التقليدية.
التطبيقات: بطاريات السيارات الكهربائية، التبريد الصناعي، أنظمة الطاقة الشمسية.
5. المعالجة السطحية وضمان الجودة
5.1 المعالجة السطحية
الأنودة: أنودة حامض الكبريتيك (12-18 فولت) تخلق أفلام أكسيد 5-20 ميكرومتر، ومقاومة التآكل المحسنة 10× والعزل المعزز (جهد الانهيار> 500 فولت).
طلاء PTFE: تعمل طبقات بولي تترافلوروإيثيلين بسمك 50-100 ميكرومتر على تقليل معامل الاحتكاك إلى 0.1، مما يقلل من مقاومة تدفق سائل التبريد.
5.2 اختبار العملية الكاملة
كشف التسرب:
قياس طيف كتلة الهيليوم (1×10⁻⁹ مليبار·لتر/ثانية): ألواح بطارية السيارة الكهربائية، معدل التسرب ≥0.1 sccm.
الاختبار الهيدروستاتيكي (1.5× ضغط التشغيل، ثبات لمدة 30 دقيقة): ألواح تخزين الطاقة.
الجودة الداخلية:
الموجات فوق الصوتية C-SAM (50-200 ميجاهرتز): يكتشف عيوب اللحام (الفراغات > 5%) بدقة 50 ميكرومتر.
CMM (±0.002 مم): يتحقق من أبعاد القناة ودقة الاتصال بالخلية.
خاتمة
يدمج تصنيع ألواح التبريد السائلة علوم المواد، والتصنيع الدقيق، وتقنيات اللحام المتقدمة. بدءًا من إعداد ركيزة الألومنيوم 3003 وحتى اختبار تسرب الهيليوم، تؤثر كل عملية بشكل مباشر على أداء التبريد وموثوقيته. ومع تزايد متطلبات الإدارة الحرارية عالية الكثافة، فإن الابتكارات مثل القنوات الإلكترونية المطبوعة ثلاثية الأبعاد والهياكل المتجانسة للFSW ستعمل على تعزيز الكفاءة مع تقليل التكاليف.
عنوان
المنطقة الصناعية جيندي ويهسين 2A، منطقة ووتشونغ، سوتشو، جيانغسو، جمهورية الصين الشعبية
تيل
86-512-62532616
بريد إلكتروني
sales4@trumony.com
