De snelle opkomst van elektrische voertuigen (EV's) en energieopslagsystemen (ESS) verandert de manier waarop industrieën denken over thermisch beheer. Omdat de energiedichtheid van batterijen blijft toenemen, is het vermogen om de temperatuur nauwkeurig te regelen een bepalende factor geworden voor de betrouwbaarheid en levensduur van batterijen.
Van de verschillende koelmethoden zijn de platen van plaatmetaal voor batterijkoeling naar voren gekomen als een toonaangevende oplossing voor hoogwaardige packs. Ze combineren een uitstekende thermische geleidbaarheid, een lichtgewicht structuur en kosteneffectieve schaalbaarheid.
In dit artikel wordt onderzocht hoe plaatmetalen accukoelplaten worden ontworpen, gefabriceerd en geïntegreerd - en waarom ze cruciaal zijn voor de volgende generatie accu-innovatie.
Wat zijn accukoelplaten?
Een accukoelplaat is een precisie ontworpen metalen onderdeel dat is ontworpen om warmte weg te zuigen van de accucellen en af te voeren naar een stromend koelmiddel, meestal een water-glycol mengsel. De plaat fungeert zowel als een thermische brug als een mechanische steun binnen het accupakket.
De meeste ontwerpen bestaan uit twee dunne aluminium of koperen platen, meestal 1-3 mm dik, gelast of gesoldeerd om ingesloten stroomkanalen te creëren. Koelvloeistof circuleert door deze kanalen, absorbeert gelijkmatig de warmte van de accucellen en houdt het hele pakket binnen het optimale temperatuurbereik - meestal tussen 20 °C en 40 °C.
Koelplaten spelen vier cruciale rollen:
- Gelijkmatige temperatuur handhaven in alle cellen om onbalans te voorkomen.
- Levensduur verlengen door thermische stress en hotspots te vermijden.
- Vermogen verhogen tijdens snelladen of zware belasting.
- Veiligheid verbeterenDit vermindert het risico op thermische runaway.
Om hun impact te visualiseren: een aluminium plaat van 1 mm transporteert warmte 20× sneller dan lucht en zorgt voor onmiddellijke en stabiele koeling, zelfs tijdens snel opladen.
De rol van koelplaten in batterijthermomanagement
Een efficiënt ontwerp begint met het kiezen van de juiste materialen en interne structuur. De combinatie van metaalsoort, oppervlaktebehandeling en stromingskanaalgeometrie bepaalt zowel de prestaties als de duurzaamheid van een koelplaat.
Hoe batterijwarmte wordt opgewekt？
During operation, lithium-ion cells convert electrical energy into heat through ohmic resistance and electrochemical reactions. A typical 50 kWh EV pack running at a 2C discharge rate can generate 1.5–2 kW of heat continuously. If that heat isn’t dissipated, local temperatures can exceed 60 °C, causing electrolyte degradation, lithium plating, and irreversible capacity loss.
Plaatstalen koelplaten zijn ontworpen om de temperatuurstijging onder 5 °C te houden, zelfs bij langdurige belasting. Door dit kleine thermische venster in stand te houden, kunnen ingenieurs de levensduur van de pack met wel 30 % verlengen, het aantal storingen verminderen en een consistente energieoutput gedurende duizenden cycli garanderen.
Waarom thermische uniformiteit belangrijk is？
The real challenge isn’t just removing heat — it’s removing it evenly. Uneven temperatures across cells create performance drift and accelerate aging. Studies show that when the temperature variation in a module drops from ±5 °C to ±2 °C, the pack’s usable life can increase by nearly 25–30 %.
Uniform heat removal also improves charging stability and state-of-charge (SOC) accuracy, as the BMS relies on consistent thermal data to balance cells correctly. Thus, cooling plates aren’t just components — they are precision tools for energy balance.
Luchtkoeling vs. Vloeistofkoeling: Het verschil in efficiëntie
Air cooling is simple but limited. Air’s low thermal conductivity (≈0.026 W/m·K) restricts heat transfer, making it unsuitable for dense or high-power packs. In contrast, liquid cooling with water-glycol mixtures (≈0.6 W/m·K) offers over 20× greater efficiency, providing stable temperature control under fast-charging and continuous high-load conditions.
| Koelmethode | Warmtegeleidingsvermogen (W/m-K) | Typische temperatuurgradiënt (°C) | Ideale toepassing |
|---|---|---|---|
| Luchtkoeling | 0.026 | 10-20 | Energiezuinige of hybride systemen |
| Vloeistofkoeling | 0.6 | 2-5 | EV's, ESS, modules met hoge dichtheid |
In de meeste moderne EV's zijn vloeistofgekoelde platen van plaatstaal de standaard omdat ze een hoge uniformiteit, duurzaamheid en modulaire schaalbaarheid bieden tegen een redelijke prijs.
Het technische voordeel van plaatkoelplaten
Plaatstaal biedt verschillende structurele en productievoordelen:
- Lichtgewicht constructie vermindert het voertuiggewicht met behoud van stijfheid.
- Een hoge oppervlakte-volumeverhouding verbetert de warmteoverdracht.
- Flexibele ontwerpopties serpentine, parallelle of pin-fin kanaal lay-outs mogelijk maken.
- Schaalbare productie Geschikt voor zowel prototypes als massaproductie.
Materialen en constructief ontwerp voor koelplaten van plaatmetaal
Een efficiënt ontwerp begint met het kiezen van de juiste materialen en interne structuur. De combinatie van metaalsoort, oppervlaktebehandeling en stromingskanaalgeometrie bepaalt zowel de prestaties als de duurzaamheid van een koelplaat.
Gebruikte metalen
De keuze van het metaal bepaalt rechtstreeks hoe efficiënt een koelplaat warmte overdraagt en bestand is tegen langdurige belasting. Aluminium en koper blijven de twee dominante materialen, die elk unieke compromissen bieden tussen geleidbaarheid, gewicht en kosten.
| Materiaal | Warmtegeleidingsvermogen (W/m-K) | Dichtheid (g/cm³) | Kostenindex (≈) | Corrosiebestendigheid | Typische toepassing |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminium (3003, 6061) | 180-210 | 2.7 | ★★☆ | Hoog | EV-batterijplaten, energieopslagsystemen |
| Koper | 385-400 | 8.9 | ★★★ | Medium | Krachtige of compacte modules |
| Roestvrij staal (304) | 15-25 | 7.9 | ★☆☆ | Uitstekend | Mariene of corrosieve omgevingen |
Aluminium domineert koelsystemen voor EV's omdat het licht van gewicht is, uitstekend bestand is tegen corrosie en kosteneffectief vervormd kan worden. Koper biedt bijna het dubbele aan warmtegeleiding, maar is zwaarder en duurder. Het wordt vooral gebruikt waar een hoge warmtestroom of ruimtebeperkingen extreme prestaties vereisen.
Oppervlaktebehandelingen en corrosiebescherming
Koelplaten komen continu in contact met koelvloeistoffen op basis van glycol, dus corrosiebescherming is van cruciaal belang om inwendige lekkage en deeltjesvervuiling te voorkomen. De meest effectieve oppervlaktebehandelingen combineren chemische stabiliteit met hechtingscompatibiliteit voor thermische interfacematerialen (TIM's).
Veel voorkomende behandelingen zijn:
- Anodiseren: Vormt een harde oxidelaag op aluminium die corrosie tegengaat en de warmteverspreiding verbetert.
- Vernikkelen of verchromen: Voegt een barrièrelaag toe die beschermt tegen galvanische corrosie in combinatie met ongelijksoortige metalen.
- Epoxy- of passiveringscoatings: Gebruikt in toepassingen met extreme vochtigheid of op zee voor extra bescherming.
Tests tonen aan dat geanodiseerde aluminiumplaten meer dan 95% van hun warmtegeleidingsvermogen behouden na 1000 uur blootstelling aan zoutnevel - veel beter dan onbehandelde platen. Goed aangebrachte coatings verlengen niet alleen de levensduur, maar verbeteren ook de zuiverheid van de koelvloeistof, waardoor de onderhoudskosten op lange termijn dalen.
Ontwerp van stromingskanaal en plaatstructuur
De interne kanaalgeometrie bepaalt hoe effectief het koelmiddel warmte absorbeert en verdeelt over de plaat. Ontwerpers gebruiken CFD-simulaties (Computational Fluid Dynamics) om deze balans tussen temperatuuruniformiteit, drukval en koelvloeistofsnelheid te optimaliseren.
Serpentine Stroomkanalen
- Een enkel ononderbroken pad dat zorgt voor een volledige dekking van het oppervlak.
- Levert uitstekende thermische uniformiteit maar hoger drukverlies.
- Ideaal voor compacte EV-modules en batterijpakketten onder snellaadcycli.
Parallelle stroomkanalen
- Meerdere stromingstrajecten zorgen voor een lagere drukval en snellere doorstroming.
- Eenvoudigere productie en schaalbaarheid.
- Zorgvuldig balanceren is vereist om ongelijkmatige stroomverdeling te voorkomen.
Pin-pen- of dimpelstructuren
- Kleine 3D-uitsteeksels in de kanalen verhogen de turbulentie, waardoor de warmteoverdracht toeneemt door 10-15%.
- Gewoonlijk gevormd door hydrovormen of CNC-preegdruk.
- Het beste voor toepassingen met een hoge vermogensdichtheid waarbij oppervlakte van cruciaal belang is.
In EV-toepassingen variëren de beoogde stroomsnelheden meestal van 2-4 L/min per module, met een temperatuurstijging van minder dan 3 °C tussen de inlaat en de uitlaat. De CFD-analyse zorgt er ook voor dat de drukval onder 20 kPa blijft, waardoor het energieverbruik van de pomp tot een minimum wordt beperkt en er toch een gelijkmatige koeling wordt bereikt.
Ontwerpparameters en dikteoptimalisatie
Koelplaten worden meestal opgebouwd uit twee platen van 1,0-3,0 mm dik. Dunnere platen zorgen voor een betere warmteoverdracht maar kunnen vervormen onder druk, terwijl dikkere platen de stijfheid verhogen maar gewicht toevoegen.
Ingenieurs gebruiken Finite Element Analysis (FEA) om interne drukbelastingen te simuleren - vaak tot 0,3 MPa - en gebieden te identificeren waar verstevigingsribben of aanpassingen aan de lasafstand nodig zijn.
Een goed geoptimaliseerde plaat bereikt:
- Tolerantie op vlakheid: binnen ±0,05 mm
- Barstdruk: meer dan 1 MPa
- Thermische weerstand: lager dan 0,20 °C/W
Deze precisie zorgt ervoor dat de plaat vlak en lekvrij blijft, zelfs na meer dan 10.000 drukcycli, wat essentieel is voor hoogspanningsbatterijmodules waar afdichtingsintegriteit onontbeerlijk is.
Productietoleranties en vlakheid van het oppervlak
Effectieve warmteoverdracht is afhankelijk van een nauwkeurige controle van de vlakheid van het oppervlak en de kanaalgeometrie. Zelfs kleine onregelmatigheden kunnen de thermische weerstand verhogen en de efficiëntie verlagen.
Best practices zijn onder andere:
- Controle van de vlakheid binnen ±0,05 mm met behulp van precisieklemmen tijdens het lassen.
- Minimaliseren van lasnaadvervorming door gecontroleerde warmte-invoer en koelsnelheden.
- Toepassen van thermische interfacematerialen (TIM's) zoals spleetvullers of pads om microscopische luchtlekken te overbruggen.
Door de vlakheid van het oppervlak te verbeteren van 0,10 mm naar 0,05 mm kan de interfaceweerstand met bijna 25% worden verlaagd, waardoor de algehele temperatuuruniformiteit verbetert.
Productieprocessen van Plaatkoelplaten
Het omzetten van een digitaal ontwerp in een duurzame, lekvrije en thermisch efficiënte koelplaat vereist precisie in elke fase. Van plaatvorming tot lassen, elke stap moet de geometrie behouden, vervorming voorkomen en zorgen voor consistente prestaties over duizenden eenheden.
Vormen en kanalen maken
Het proces begint met twee platen aluminium of koper, meestal 1-3 mm dik. Afhankelijk van het productievolume en de complexiteit van het ontwerp gebruiken fabrikanten verschillende vervormingsmethoden:
Precisie Stempelen
- Ideaal voor massaproductie.
- Zorgt voor consistente diepte en kanaalkromming binnen ±0,1 mm tolerantie.
- Werkt het best voor eenvoudige serpentine- of parallelstroomlay-outs.
CNC-bewerking
- Geschikt voor prototypes of kleine series.
- Biedt volledige ontwerpflexibiliteit met kanaaldieptes tot 3 mm en complexe geometrieën.
- Zorgt voor een hoge herhaalbaarheid voor validatie in een vroeg stadium of aanpassing van het ontwerp.
Hydrovormen
- Gebruikt vloeistof onder hoge druk om gelijkmatig verspreide kanalen over de plaat te vormen.
- Vermindert restspanning en zorgt voor gladde interne oppervlakken voor een betere doorstroming van koelvloeistof.
- Bij voorkeur in EV-toepassingen die compacte platen met een hoge dichtheid vereisen.
Verbindings- en afdichtingsprocessen
Zodra de kanaallaag gevormd is, worden de twee platen samengevoegd om een verzegeld intern netwerk te creëren. De keuze van het verbindingsproces beïnvloedt de thermische efficiëntie, het gewicht en de productiekosten.
| Proces | Kenmerken | Voordelen | Typisch gebruik |
|---|---|---|---|
| Laserlassen | Gebruikt gerichte stralen om platen te smelten en samen te smelten langs vooraf bepaalde naden. | Hoge precisie, minimale vervorming, zuivere naden. | Dunne aluminium of koperen platen. |
| Wrijvingsroerlassen (FSW) | Verbindt platen door mechanisch roeren onder het smeltpunt. | Sterke verbindingen, geen vulmiddel, minimale porositeit. | Hogedruksystemen en structurele platen. |
| Vacuümsolderen | Smelt platen met behulp van toevoegmetaal in een vacuümoven. | Uitstekende afdichting en geleidbaarheid; geen oxidatie. | Complexe platen met meerdere kanalen. |
| TIG/MIG-lassen | Handmatig of halfautomatisch booglassen. | Flexibel voor prototypes of reparaties. | Fabricage in kleine series. |
Onder andere, laserlassen domineert door zijn combinatie van precisie en snelheid. Een lasernaadbreedte van 0,4-0,8 mm kan een hoge vlakheid behouden en interne drukken van meer dan 1 MPa weerstaan.
FSW wordt ook steeds populairder voor constructietoepassingen omdat het vulmaterialen elimineert en verbindingen produceert met een 30% hogere vermoeiingslevensduur in vergelijking met conventionele lassen.
Lektests en kwaliteitscontrole
Na het samenvoegen ondergaat elke koelplaat strenge lek- en sterktetests om de betrouwbaarheid in de praktijk te garanderen.
Detectie van heliumlekken
- Detecteert microlekken zo klein als 1×10-⁶ mbar-L/s met behulp van massaspectrometrie.
- Gebruikt voor platen van EV-kwaliteit waarvoor 100% afdichtingsintegriteit vereist is.
Luchtdruk en onderdompelingstest
- De plaat wordt gevuld met lucht en ondergedompeld in water van 0,3-0,5 MPa om te controleren op zichtbare bellen.
- Eenvoudig en effectief voor controles op productieniveau.
Drukwissel- en barsttest
- Simuleert continu verwarmen en koelen onder werkdruk.
- Een standaardtest kan 10.000 drukcycli en een barstdruk van meer dan 1,2 MPa omvatten.
Platen die alle tests doorstaan, worden gereinigd, gedroogd en gemarkeerd met serienummers voor volledige traceerbaarheid, zodat ze voldoen aan ISO 9001 en de normen voor PPAP-documentatie voor de auto-industrie.
Conclusie
Plaatstalen koelplaten zijn geëvolueerd van eenvoudige warmtewisselaars tot geïntegreerde modules voor thermisch beheer. Hun lichtgewicht structuur, fabriceerbaarheid en vermogen om de temperatuur uniform te houden, maken ze onmisbaar voor moderne EV- en ESS-systemen.
Klaar om uw batterij thermisch systeem te optimaliseren? Bij Shengen is ons engineeringteam gespecialiseerd in de fabricage van op maat gemaakte plaatstalen accukoelplaten - van prototypevalidatie tot massaproductie. Upload je CAD-bestanden of neem contact op met onze ingenieurs om te bespreken hoe we uw volgende EV- of energieopslagproject kunnen ondersteunen.
Hey, ik ben Kevin Lee
De afgelopen 10 jaar heb ik me verdiept in verschillende vormen van plaatbewerking en ik deel hier de coole inzichten die ik heb opgedaan in verschillende werkplaatsen.
Neem contact op
Kevin Lee
Ik heb meer dan tien jaar professionele ervaring in plaatbewerking, gespecialiseerd in lasersnijden, buigen, lassen en oppervlaktebehandelingstechnieken. Als technisch directeur bij Shengen zet ik me in om complexe productie-uitdagingen op te lossen en innovatie en kwaliteit in elk project te stimuleren.
