판금 배터리 냉각판: 전기차 열 관리를 위한 정밀 설계

알루미늄은 가볍고 내식성이 뛰어나며 비용 효율적인 성형성을 제공하기 때문에 전기차 냉각 시스템에서 가장 많이 사용됩니다. 구리는 열전도율이 거의 두 배에 달하지만 무겁고 비싸기 때문에 주로 높은 열유속이나 공간 제약으로 인해 극한의 성능이 요구되는 경우에 사용됩니다.

표면 처리 및 부식 방지

냉각판은 글리콜 기반 냉각수와 지속적으로 접촉하므로 내부 누출과 입자 오염을 방지하기 위해 부식 방지 처리가 중요합니다. 가장 효과적인 표면 처리는 화학적 안정성과 열 인터페이스 재료(TIM)에 대한 접착 호환성을 결합한 것입니다.

일반적인 치료법은 다음과 같습니다:

• 아노다이징: 알루미늄에 단단한 산화물 층을 형성하여 부식을 방지하고 열 확산을 향상시킵니다.
• 니켈 또는 크롬산염 도금: 이종 금속과 결합할 때 갈바닉 부식을 방지하는 장벽 층을 추가합니다.
• 에폭시 또는 패시베이션 코팅: 극한의 습도나 해양 환경에서 추가적인 보호를 위해 사용합니다.

테스트 결과 아노다이징 알루미늄 플레이트는 염수 분무에 1,000시간 노출된 후에도 95% 이상의 열 전도성을 유지하여 처리되지 않은 플레이트보다 훨씬 뛰어난 성능을 보였습니다. 코팅을 잘 적용하면 서비스 수명이 연장될 뿐만 아니라 냉각수 순도가 향상되어 장기적으로 유지보수 비용이 절감됩니다.

흐름 채널 및 플레이트 구조 설계

내부 채널 지오메트리는 냉각수가 얼마나 효과적으로 열을 흡수하고 플레이트 전체에 분배하는지를 정의합니다. 설계자는 전산 유체 역학(CFD) 시뮬레이션을 사용하여 온도 균일성, 압력 강하, 냉각수 속도 간의 균형을 최적화합니다.

사문석 흐름 채널

• 표면을 완벽하게 커버하는 단일 연속 경로입니다.
• 열 균일성은 우수하지만 압력 손실이 높습니다.
• 고속 충전 사이클을 사용하는 소형 전기차 모듈 및 배터리 팩에 이상적입니다.

병렬 흐름 채널

• 여러 흐름 경로를 통해 압력 강하를 낮추고 흐름을 빠르게 할 수 있습니다.
• 더 간편한 제조 및 확장성.
• 흐름이 고르지 않게 분배되지 않도록 세심한 밸런싱이 필요합니다.

핀 핀 또는 딤플 구조

• 채널 내부의 작은 3D 돌출부는 난류를 증가시켜 다음과 같은 방식으로 열 전달을 향상시킵니다. 10-15%.
• 일반적으로 하이드로포밍 또는 CNC 엠보싱으로 형성됩니다.
• 표면적이 중요한 고출력 밀도 애플리케이션에 가장 적합합니다.

EV 애플리케이션에서 목표 유량은 일반적으로 모듈당 2~4L/min이며, 입구와 출구 사이의 온도 상승은 3°C 미만입니다. 또한 CFD 분석을 통해 압력 강하를 20kPa 미만으로 유지하여 펌프 에너지 소비를 최소화하는 동시에 균일한 냉각을 달성할 수 있습니다.

설계 매개변수 및 두께 최적화

냉각판은 일반적으로 1.0~3.0mm 두께의 두 장으로 제작됩니다. 얇은 판은 열 전달이 우수하지만 압력을 받으면 변형될 위험이 있고, 두꺼운 판은 강성이 증가하지만 무게가 증가합니다.

엔지니어는 유한 요소 분석(FEA)을 사용하여 내부 압력 하중(최대 0.3MPa)을 시뮬레이션하고 보강 리브 또는 용접 간격 조정이 필요한 부분을 식별합니다.

잘 최적화된 플레이트가 달성합니다:

• 평탄도 허용 오차: ±0.05mm 이내
• 파열 압력: 1MPa 이상
• 내열성: 0.20 °C/W 미만

이러한 정밀도는 10,000회 이상의 압력 사이클 후에도 플레이트가 평평하고 누출 없이 유지되도록 보장하며, 이는 밀봉 무결성이 중요한 고전압 배터리 모듈에 매우 중요합니다.

제조 공차 및 표면 평탄도

효과적인 열 전달은 표면 평탄도와 채널 형상을 엄격하게 제어하는 데 달려 있습니다. 작은 불규칙성도 열 저항을 증가시키고 효율성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

모범 사례에는 다음이 포함됩니다:

• 용접 중 정밀 클램핑을 사용하여 ±0.05mm 이내의 평탄도를 제어합니다.
• 열 입력 및 냉각 속도 제어를 통해 용접 비드 왜곡을 최소화합니다.
• 갭 필러 또는 패드와 같은 열 인터페이스 재료(TIM)를 적용하여 미세한 공기 간극을 메웁니다.

표면 평탄도를 0.10mm에서 0.05mm로 개선하면 인터페이스 저항을 거의 25%까지 줄일 수 있어 전반적인 온도 균일성이 향상됩니다.

판금 냉각판의 제조 공정

디지털 설계를 내구성이 뛰어나고 누수가 없으며 열 효율이 높은 냉각판으로 변환하려면 모든 단계에서 정밀성이 요구됩니다. 시트 성형에서 용접에 이르기까지 각 단계는 형상을 보존하고 왜곡을 방지하며 수천 개의 장치에서 일관된 성능을 보장해야 합니다.

형성 및 채널 생성

이 공정은 일반적으로 1~3mm 두께의 알루미늄 또는 구리 시트 두 장으로 시작됩니다. 생산량과 설계 복잡성에 따라 제조업체는 여러 가지 성형 방법을 사용합니다:

정밀 스탬핑

• 대량 생산에 이상적입니다.
• 내에서 일관된 깊이와 채널 곡률을 제공합니다. ±0.1 mm 관용.
• 간단한 뱀 모양 또는 병렬 흐름 레이아웃에 가장 적합합니다.

CNC 가공

• 프로토타이핑 또는 소량 실행에 적합합니다.
• 최대 채널 깊이로 완벽한 설계 유연성을 제공합니다. 3mm 및 복잡한 지오메트리.
• 초기 단계의 검증 또는 디자인 커스터마이징을 위한 높은 반복성을 보장합니다.

하이드로포밍

• 고압 유체를 사용하여 시트 전체에 균일한 간격의 채널을 형성합니다.
• 잔류 응력을 줄이고 내부 표면을 매끄럽게 만들어 냉각수 흐름을 개선합니다.
• 컴팩트한 고밀도 플레이트가 필요한 전기차 애플리케이션에서 선호됩니다.

결합 및 봉인 프로세스

채널 레이어가 형성되면 두 시트가 결합되어 밀폐된 내부 네트워크가 만들어집니다. 접합 공정의 선택은 열 효율, 무게 및 생산 비용에 영향을 미칩니다.