新しいエネルギー車両,データセンター,エネルギー貯蔵システムが爆発的な成長を遂げているため,液体冷却プレートの熱性能は,機器の安定性と使用寿命を直接決定します.バッテリーモジュールの温度均一性を著しく改善し,先進的な製造プロセスは最適な流れ経路設計,圧力抵抗,費用効率の向上この記事では,流体冷却プレートの主流の製造技術,主要な技術,および品質管理ポイントについて包括的な概要を提供します.
1材料の選択と予備処理
1.1 主流資料
アルミニウム合金:電池冷却板の主要選択であり,熱伝導性,軽量性,強度,加工可能性,コストをバランスします.3003 アルミ合金が広く使用されているのは,成熟した技術と優れた包括的な性能による.
銅合金:純粋な銅 (熱伝導性:401 W/m·K) は,高電圧のシナリオ (例えば800V高電圧プラットフォーム) に理想的です.腐食を防ぐためにニッケル塗装またはアンオジ化が必要です.
複合材料:高強度アルミニウム合金複合材料 (3層構造:コア + 溶接層 + 犠牲層) は,優れた機械的強度を必要とするアプリケーションに使用されます.
1.2 前処理プロセス
表面脱脂:超音波浄化 (2880kHz) は,油汚染物質を除去し,信頼性の高い溶接と消化を保証する.
消化:クロマートまたはクロムのない消化 (例えば,チタン塩溶液) はナノスケール保護フィルムを形成し,1000時間以上の塩噴霧耐性を達成します.
2流れチャネル形成技術
2.1 スタンプ造形: 大量生産コア
プロセスの特徴: セルボプレスは,流通チャネル深さ容量±0.05mmで60ストローク/分高速スタンプを供給します. 70%以上の材料利用率を持つ中小冷却プレートに最適です.
ケース: BYD Seal CTB電池は,スタンププレートの直接冷却を採用し,広域流通経由で熱交換効率を40%向上させる.
2.2 水形化:複雑な流通経路の専門家
プロセスステップ:アルミの空切断 (±0.1mm) →水力膨張 (3050 MPa,210秒保持) →水噴射トリミング →真空溶接組.
利点: 設計の柔軟性が高い (蛇形構造,枝分かれ構造) スタンププレートよりも20%低い圧力損失.
ケース:CATL キリン電池は,水製の大きなプレート (1,200×800×50 mm) を使用し,冷却面積を4倍増します.
2.3 エクストルーション形:費用対効果の高い標準化ソリューション
プロセス:アルミプロファイルのプレプレフォームドフローチャネル (例えばハーモニーカ管) を用いて外押しし,その後切断およびヘッダー溶接を行う.
制限: スタンプより30%低コストだが,エネルギー貯蔵容器冷却プレートに適した直流チャネルに限定される.
2.4 3Dプリンティング:構造革新の突破
テクノロジー:直接金属レーザーシントリング (DMLS) は,溶接シームのない単体冷却プレートを生産し,6バー以上の圧力に耐える.
ケース:シンガポール社のCoolestDCの3Dプリントプレートは,NVIDIA H100 GPUの冷却システムで使用される 20%の冷却効率を改善するために斜めのフィンを使用します.
3流通チャネル加工:熱性能の中心
3.1 主な方法
組み込み管工法:銅管は,磨きアルミの溝 (深さ/直径比 ≤3:1) に圧迫され,溶接により固定される.
利点は: 漏れリスクがゼロ (シームレス管),成熟し,コスト効率が良い.
デメリット: 流通経路の柔軟性が限られ,銅とアルミの間の電磁腐食のリスク.
応用:サーバー液体冷却,工業用インバーター散熱器.
電気放電加工 (EDM):ワイヤ切断 (±0.01mm精度) は,原型作成のための硬合金模具にマイクロチャネルを作成します.
化学エッチング: フォトリトグラフィー+NaOHエッチングにより,超薄いプレート (≤0.5mm) のマイクロスケールチャネルが生成される.
3.2 革新的なデザイン
バイオニックフローチャネル: ヴァレオのサメの羽状のチャネルは,冷却液の渦巻きを増加させ,熱伝達係数を15%増加させます.
枝分かれ構造:テスラ4680電池モジュールは,温度差を最小化するために15°のサブ枝分かれの側面の枝分かれのプレートを使用します.
4溶接技術:密封と強さの課題
4.1 真空溶接:大量生産が好ましい
原則: アルミ・シリコン製の溶接補填料は真空炉で溶け,流通経路のプレートに結合し,金属工学的に覆います.
利点: 複雑なマイクロチャネル/フィン構造をサポートする (効率向上30%以上); 軽量アルミニウム構造が10バー以上の圧力に耐える.
ケース:CATL CTP電池プレートでは,変形 <0.1mmの真空溶接を使用する.
4.2 摩擦混合溶接 (FSW):高強度結合
原則: 回転するピンで摩擦熱が発生し 材料を塑化し 固体溶接ができます
利点: 溶接強度が基本金属の90%以上に達し,環境に優しい (フィラーワイヤ/シールドガスがない).
ケース: BYD Dolphin バッテリーは,プレートと箱を結合するために FSW を使用し,20バーの圧力試験に合格しました.
4.3 ステンプリングとブレージングのハイブリッドプロセス
特徴: スタンピング効率と溶接密封を組み合わせます.FSWよりも40%低コストです.
応用: エネルギー貯蔵容器プレート,家電の消熱器
4.4 レーザー溶接
利点:熱の影響を受ける領域が最小,溶接強度が90%以上,変形/孔隙性がない.従来の方法よりも5×10倍速く.
応用:EV電池,工業冷蔵庫,太陽光発電システム
5表面処理と品質保証
5.1 表面処理
アノジ化:硫酸アノジ化 (1218V) は520μmの酸化フィルム,腐食耐性10倍向上,絶縁強化 (破裂電圧>500V) を生成する.
PTFEコーティング: 50~100μmのポリテトラフッロエチレン層で摩擦係数を0に削減する.1冷却液の流れ抵抗を最小限に抑える
5.2 全プロセス試験
漏れ検出:
ヘリウム質量スペクトロメトリ (1×10−9 mbar·L/s): EV電池プレート,漏れ率 ≤0.1cmc.
水静止試験 (1.5×作業圧,30分保持) エネルギー貯蔵プレート
内部品質:
超音波C-SAM (50~200MHz): 50μm解像度で溶接欠陥 (空白>5%) を検出する.
CMM (±0.002 mm):チャネルの寸法とセル接触精度を検証する.
結論
液体冷却プレートの製造は 材料科学,精密加工,先進的な溶接技術を統合しています. 3003 アルミ基板の準備からヘリウム漏洩試験まで,すべてのプロセスは冷却性能と信頼性に直接影響します高密度熱管理の需要が増加するにつれて,3DプリントバイオニックチャネルやFSWモノリシック構造のような革新はコストを削減しながら効率をさらに向上させるでしょう.
新しいエネルギー車両,データセンター,エネルギー貯蔵システムが爆発的な成長を遂げているため,液体冷却プレートの熱性能は,機器の安定性と使用寿命を直接決定します.バッテリーモジュールの温度均一性を著しく改善し,先進的な製造プロセスは最適な流れ経路設計,圧力抵抗,費用効率の向上この記事では,流体冷却プレートの主流の製造技術,主要な技術,および品質管理ポイントについて包括的な概要を提供します.
1材料の選択と予備処理
1.1 主流資料
アルミニウム合金:電池冷却板の主要選択であり,熱伝導性,軽量性,強度,加工可能性,コストをバランスします.3003 アルミ合金が広く使用されているのは,成熟した技術と優れた包括的な性能による.
銅合金:純粋な銅 (熱伝導性:401 W/m·K) は,高電圧のシナリオ (例えば800V高電圧プラットフォーム) に理想的です.腐食を防ぐためにニッケル塗装またはアンオジ化が必要です.
複合材料:高強度アルミニウム合金複合材料 (3層構造:コア + 溶接層 + 犠牲層) は,優れた機械的強度を必要とするアプリケーションに使用されます.
1.2 前処理プロセス
表面脱脂:超音波浄化 (2880kHz) は,油汚染物質を除去し,信頼性の高い溶接と消化を保証する.
消化:クロマートまたはクロムのない消化 (例えば,チタン塩溶液) はナノスケール保護フィルムを形成し,1000時間以上の塩噴霧耐性を達成します.
2流れチャネル形成技術
2.1 スタンプ造形: 大量生産コア
プロセスの特徴: セルボプレスは,流通チャネル深さ容量±0.05mmで60ストローク/分高速スタンプを供給します. 70%以上の材料利用率を持つ中小冷却プレートに最適です.
ケース: BYD Seal CTB電池は,スタンププレートの直接冷却を採用し,広域流通経由で熱交換効率を40%向上させる.
2.2 水形化:複雑な流通経路の専門家
プロセスステップ:アルミの空切断 (±0.1mm) →水力膨張 (3050 MPa,210秒保持) →水噴射トリミング →真空溶接組.
利点: 設計の柔軟性が高い (蛇形構造,枝分かれ構造) スタンププレートよりも20%低い圧力損失.
ケース:CATL キリン電池は,水製の大きなプレート (1,200×800×50 mm) を使用し,冷却面積を4倍増します.
2.3 エクストルーション形:費用対効果の高い標準化ソリューション
プロセス:アルミプロファイルのプレプレフォームドフローチャネル (例えばハーモニーカ管) を用いて外押しし,その後切断およびヘッダー溶接を行う.
制限: スタンプより30%低コストだが,エネルギー貯蔵容器冷却プレートに適した直流チャネルに限定される.
2.4 3Dプリンティング:構造革新の突破
テクノロジー:直接金属レーザーシントリング (DMLS) は,溶接シームのない単体冷却プレートを生産し,6バー以上の圧力に耐える.
ケース:シンガポール社のCoolestDCの3Dプリントプレートは,NVIDIA H100 GPUの冷却システムで使用される 20%の冷却効率を改善するために斜めのフィンを使用します.
3流通チャネル加工:熱性能の中心
3.1 主な方法
組み込み管工法:銅管は,磨きアルミの溝 (深さ/直径比 ≤3:1) に圧迫され,溶接により固定される.
利点は: 漏れリスクがゼロ (シームレス管),成熟し,コスト効率が良い.
デメリット: 流通経路の柔軟性が限られ,銅とアルミの間の電磁腐食のリスク.
応用:サーバー液体冷却,工業用インバーター散熱器.
電気放電加工 (EDM):ワイヤ切断 (±0.01mm精度) は,原型作成のための硬合金模具にマイクロチャネルを作成します.
化学エッチング: フォトリトグラフィー+NaOHエッチングにより,超薄いプレート (≤0.5mm) のマイクロスケールチャネルが生成される.
3.2 革新的なデザイン
バイオニックフローチャネル: ヴァレオのサメの羽状のチャネルは,冷却液の渦巻きを増加させ,熱伝達係数を15%増加させます.
枝分かれ構造:テスラ4680電池モジュールは,温度差を最小化するために15°のサブ枝分かれの側面の枝分かれのプレートを使用します.
4溶接技術:密封と強さの課題
4.1 真空溶接:大量生産が好ましい
原則: アルミ・シリコン製の溶接補填料は真空炉で溶け,流通経路のプレートに結合し,金属工学的に覆います.
利点: 複雑なマイクロチャネル/フィン構造をサポートする (効率向上30%以上); 軽量アルミニウム構造が10バー以上の圧力に耐える.
ケース:CATL CTP電池プレートでは,変形 <0.1mmの真空溶接を使用する.
4.2 摩擦混合溶接 (FSW):高強度結合
原則: 回転するピンで摩擦熱が発生し 材料を塑化し 固体溶接ができます
利点: 溶接強度が基本金属の90%以上に達し,環境に優しい (フィラーワイヤ/シールドガスがない).
ケース: BYD Dolphin バッテリーは,プレートと箱を結合するために FSW を使用し,20バーの圧力試験に合格しました.
4.3 ステンプリングとブレージングのハイブリッドプロセス
特徴: スタンピング効率と溶接密封を組み合わせます.FSWよりも40%低コストです.
応用: エネルギー貯蔵容器プレート,家電の消熱器
4.4 レーザー溶接
利点:熱の影響を受ける領域が最小,溶接強度が90%以上,変形/孔隙性がない.従来の方法よりも5×10倍速く.
応用:EV電池,工業冷蔵庫,太陽光発電システム
5表面処理と品質保証
5.1 表面処理
アノジ化:硫酸アノジ化 (1218V) は520μmの酸化フィルム,腐食耐性10倍向上,絶縁強化 (破裂電圧>500V) を生成する.
PTFEコーティング: 50~100μmのポリテトラフッロエチレン層で摩擦係数を0に削減する.1冷却液の流れ抵抗を最小限に抑える
5.2 全プロセス試験
漏れ検出:
ヘリウム質量スペクトロメトリ (1×10−9 mbar·L/s): EV電池プレート,漏れ率 ≤0.1cmc.
水静止試験 (1.5×作業圧,30分保持) エネルギー貯蔵プレート
内部品質:
超音波C-SAM (50~200MHz): 50μm解像度で溶接欠陥 (空白>5%) を検出する.
CMM (±0.002 mm):チャネルの寸法とセル接触精度を検証する.
結論
液体冷却プレートの製造は 材料科学,精密加工,先進的な溶接技術を統合しています. 3003 アルミ基板の準備からヘリウム漏洩試験まで,すべてのプロセスは冷却性能と信頼性に直接影響します高密度熱管理の需要が増加するにつれて,3DプリントバイオニックチャネルやFSWモノリシック構造のような革新はコストを削減しながら効率をさらに向上させるでしょう.
