Con el crecimiento continuo de la penetración global de vehículos de nueva energía y el desarrollo a gran escala de la industria del almacenamiento de energía, el sistema de gestión térmica de la batería, como unidad central para garantizar la seguridad, el ciclo de vida y el rendimiento de carga y descarga de las baterías eléctricas, está experimentando una rápida iteración tecnológica. Como componente central del sistema de gestión térmica para el intercambio de calor entre refrigerante y refrigerante, la evolución tecnológica del enfriador de batería determina directamente la eficiencia, la confiabilidad y el costo general de todo el sistema de gestión térmica. Desde las perspectivas de la arquitectura del sistema de gestión térmica, el diseño del cuerpo de intercambio de calor y el proceso de fabricación de soldadura fuerte, este artículo clasifica la dirección del desarrollo tecnológico de los productos enfriadores en los próximos cinco años, proporcionando una referencia para el diseño tecnológico de las empresas upstream y downstream de la industria.

1. Evolución de la arquitectura: de componente discreto a unidad central de gestión térmica de dominio completo

En las soluciones tradicionales, la enfriadora sólo actúa como un intercambiador de calor independiente para una única función de refrigeración, con circuito de aire acondicionado y circuito de refrigeración de batería separados. En el futuro, la enfriadora se convertirá en la unidad central del módulo de gestión térmica integrada, profundamente integrada con válvulas multivías (válvulas de 8 y 12 vías), receptor de líquido y circuito de subenfriamiento, realizando múltiples funciones que incluyen refrigeración y precalentamiento de la batería, recuperación de calor residual del motor e intercambio de calor de la cabina:

· En modo refrigeración: el refrigerante enfría el etilenglicol para eliminar el calor de trabajo de la batería;

· En modo bomba de calor: recupera el calor residual del motor y la unidad de control electrónico, calienta el circuito de la batería a través del enfriador, lo que puede reducir en gran medida el consumo de energía del calentador PTC;

· El diseño integrado reduce la cantidad de tuberías, juntas y puntos de sellado, reduce el riesgo de fugas del sistema y reduce el consumo de energía del vehículo entre un 5% y un 12%.

En términos de ruta tecnológica, la solución de enfriador indirecto y la solución directa de enfriamiento/calefacción de refrigerante coexistirán durante mucho tiempo: la solución indirecta (enfriador + placa fría de líquido) presenta alta seguridad sin riesgo de fuga de refrigerante en el paquete de baterías, y seguirá siendo la ruta tecnológica principal para centrales eléctricas de almacenamiento de energía, vehículos comerciales pesados ​​y estaciones de carga rápida; La solución de enfriamiento directo elimina el enfriador y la bomba de agua secundaria, con una estructura de sistema más simple, pero requiere una resistencia a la presión extremadamente alta y un rendimiento de sellado del paquete de baterías, y se aplicará en algunos escenarios de vehículos de pasajeros.

2. Optimización del cuerpo: actualización coordinada de la estructura de intercambio de calor de alta eficiencia y el proceso de fabricación avanzado

2.1 Evolución de la estructura del canal de flujo a microcanal y baja caída de presión

El enfriador de placas tradicional tiene un diseño de canal de flujo amplio, con problemas de distribución desigual del flujo y eficiencia débil del intercambio de calor local. La nueva generación de productos generalmente adoptará un colector biónico, un perfil corrugado optimizado y un diseño de placa con espacio estrecho, que puede aumentar el coeficiente de transferencia de calor entre un 20% y un 35% con el mismo volumen. El final del diseño se centrará en equilibrar la capacidad de intercambio de calor y la resistencia al flujo del lado del refrigerante para reducir el consumo de energía de la bomba de agua (la fuente principal del consumo de energía del sistema); Las estructuras corrugadas dentadas y corrugadas compuestas reemplazarán gradualmente la corrugación plana tradicional, fortalecerán el efecto de turbulencia de fluidos y reducirán aún más el área de intercambio de calor requerida.

2.2 Desarrollo Diferenciado de Materiales y Proceso de Soldadura

· Material base: la aleación de aluminio 3003 seguirá siendo la opción principal, y las soluciones de placas compuestas de acero y aluminio se aplicarán gradualmente en escenarios de alta potencia para mejorar el grado de resistencia a la presión y la resistencia a la corrosión de los productos;

· Proceso de soldadura fuerte: Los enfriadores de vehículos producidos en masa seguirán adoptando principalmente la soldadura fuerte en atmósfera controlada NOCOLOK, mientras se itera la tecnología de placas compuestas sin fundente para reducir los residuos de la cavidad interna y mejorar la limpieza del producto; Los enfriadores de almacenamiento de energía de alta gama y los modelos de alta potencia con alto grado de resistencia a la presión adoptarán más el proceso de soldadura fuerte al vacío;

· Dirección ligera: bajo la premisa de cumplir con los requisitos de resistencia a la presión de estallido y a la presión de fatiga, el peso total se reduce entre un 8 % y un 15 % mediante el adelgazamiento de las aletas/placas, y el final de fabricación controlará estrictamente los defectos del proceso, como el abultamiento de la soldadura fuerte, el desgarro de las aletas y la deformación del canal de flujo.

2.3 Umbral de confiabilidad continuamente actualizado

Para cumplir con los requisitos de carga ultrarrápida 4C/6C y operación a largo plazo de los sistemas de almacenamiento de energía, los requisitos de calidad de la industria para enfriadores continúan siendo más estrictos: el estándar de tasa de fuga permitida para la prueba de fuga de helio se mejora continuamente; El control de impurezas de la cavidad interna es más estricto para eliminar los residuos de fundente y de virutas de aluminio y prevenir el bloqueo de microcanales; En condiciones de trabajo con refrigerante de baja conductividad, la demanda del mercado de recubrimientos anticorrosión modificados en la superficie de la placa seguirá aumentando.

3. Adaptación del escenario: amplio rango de temperatura y alta eficiencia energética, que cubre diversos requisitos de aplicaciones

· Adaptación a plataformas de alto voltaje de 800 V y escenarios de carga ultrarrápida: en condiciones de carga rápida de 4C/6C, la carga de calor instantánea de la batería aumenta considerablemente. Los enfriadores ya no solo se evaluarán en condiciones de trabajo nominales, sino que se centrarán en fortalecer la capacidad de enfriamiento máxima bajo carga variable, asegurando que la temperatura de trabajo de la celda sea estable en el rango de 15~35 ℃, la diferencia de temperatura entre las celdas sea ≤2~3 ℃, lo que plantea requisitos más altos para la estabilidad de la temperatura del agua de salida del enfriador.

· Respaldar el funcionamiento de la bomba de calor bidireccional en regiones extremadamente frías: los enfriadores admitirán el intercambio de calor bidireccional, realizando la función de enfriamiento en verano y actuando como condensador de la bomba de calor para precalentar las baterías en invierno; Los nuevos modelos futuros reducirán gradualmente o incluso eliminarán los calentadores PTC de alto voltaje, basándose en un sistema de recuperación de calor residual + bomba de calor para calefacción, lo que mejora significativamente el problema de atenuación de alcance de los vehículos en el invierno del norte.

· Integración de la tecnología Free Cooling en escenarios de almacenamiento de energía: cuando la temperatura ambiente es adecuada en primavera y otoño, el compresor se puede apagar y la torre de enfriamiento/aire exterior puede enfriar directamente el etilenglicol, logrando un ahorro de energía de más del 30 % cuando el compresor está apagado. Los enfriadores de almacenamiento de energía generalmente estarán equipados con una estructura de conmutación automática de doble circuito.

4. Iteración de tendencias: compatibilidad con refrigerantes ecológicos y gestión térmica activa de IA

4.1 Actualización del diseño de presión de los impulsores de iteración de refrigerante ecológico

· Campo de vehículos de pasajeros: el R134a se eliminará gradualmente, el R1234yf se popularizará rápidamente y a largo plazo se implementará un sistema de bomba de calor transcrítica de CO₂ (R744); La presión de trabajo del sistema de CO₂ es mucho más alta que la del refrigerante tradicional, lo que promoverá la mejora integral de la estructura de la placa del enfriador, la resistencia de la soldadura fuerte y los estándares de resistencia a la presión;

· Campo de enfriadores industriales de almacenamiento de energía: se utilizarán refrigerantes de bajo PCA, como R513A y R1234ze, para reemplazar los fluidos de trabajo tradicionales con alto PCA;

· Tendencia general de la industria: todos los productos de enfriadores desarrollados recientemente reservarán un margen de diseño para la compatibilidad con nuevos refrigerantes en la etapa de diseño estructural para cumplir con los requisitos de iteración de refrigerantes.

4.2 Actualización del control de temperatura pasivo a la gestión térmica activa de IA

La lógica de control tradicional es que la enfriadora comienza a enfriar pasivamente después de que aumenta la temperatura de la batería. La solución de próxima generación combinará datos de la batería BMS, condiciones de navegación de la carretera, potencia de carga, temperatura ambiente y otros parámetros, predecirá la generación de calor de la batería por adelantado mediante un algoritmo de IA y ajustará activamente la carga del enfriador; Por ejemplo, enfríe previamente la batería a la temperatura óptima antes de que el vehículo llegue a la estación de carga para evitar la limitación de energía durante la carga rápida. Al mismo tiempo, se aplicará tecnología de gemelo digital y autodiagnóstico de fallas para predecir incrustaciones, bloqueos internos, microfugas y otros problemas de antemano mediante el monitoreo de los parámetros de diferencia de temperatura y diferencia de presión en la entrada y salida del intercambiador de calor, realizando el mantenimiento predictivo de los equipos.

5. Diferenciación de vías: desarrollo diferenciado de escenarios de almacenamiento de energía y vehículos

Pista 1: Enfriador de vehículos de pasajeros de nueva energía

Las principales tendencias de desarrollo son la miniaturización, la alta integración, la modularización, la producción en masa y la reducción continua de costos; La competencia en el mercado se centra en el tamaño compacto, el nivel de peso ligero, el diseño de baja resistencia al flujo y la adaptabilidad al sistema de bomba de calor del vehículo; La parte de fabricación se centrará en la soldadura fuerte automática NOCOLOK, la limpieza de precisión de alta eficiencia, la inspección total de estanqueidad en línea y otros procesos.

Pista 2: Unidad enfriadora para central eléctrica de almacenamiento de energía / camión pesado / estación de carga ultrarrápida

Las principales tendencias de desarrollo son la modularización de alta potencia, el control de clústeres de unidades múltiples, un diseño de vida útil de 10 a 15 años y un alto grado de protección ambiental; Teniendo como objetivo las condiciones de trabajo de alta temperatura exterior, polvo de arena y gran diferencia de temperatura entre el día y la noche, se fortalecerá la resistencia a la corrosión y a la incrustación del intercambiador de calor; Los productos estarán equipados con funciones especiales como enfriamiento gratuito, control de temperatura de zona independiente para múltiples grupos de baterías y recuperación de calor residual (calefacción/suministro de agua caliente sanitaria).

6. Perspectivas de la industria: coexistencia de desafíos y oportunidades

Desafíos centrales de la industria

La industria de los enfriadores enfrentará cuatro desafíos principales en los próximos cinco años: primero, el equilibrio entre rendimiento y costo, el diseño de microcanales y estructuras de alta presión aumentará los costos de materiales y fabricación; En segundo lugar, la demanda de compatibilidad con condiciones de trabajo múltiples, los productos deben cumplir con los requisitos de intercambio de calor bidireccional de enfriamiento extremo en verano y calefacción con bomba de calor en invierno; En tercer lugar, se aumenta el umbral de calidad de fabricación y los requisitos de limpieza de la cavidad interna, consistencia de la soldadura fuerte y confiabilidad de la fatiga por presión a largo plazo continúan siendo más estrictos; En cuarto lugar, la iteración acelerada de refrigerantes promueve actualizaciones rápidas de productos, lo que aumenta la presión de inversión en I+D de las empresas.

Oportunidades de la cadena industrial

Para las empresas de componentes de gestión térmica y equipos de fabricación, las principales oportunidades se concentran en cinco direcciones:

1. Optimice el proceso de soldadura fuerte de los enfriadores de placas/aletas de placa, supere la tecnología de control de defectos de NOCOLOK y la soldadura fuerte al vacío;

2. Desarrollar nuevas estructuras de canales de flujo corrugados con baja caída de presión y alta uniformidad de temperatura;

3. Promover la verificación de aplicaciones de ingeniería de placas de intercambio de calor compuestas de acero y aluminio en escenarios de enfriadores de alta potencia;

4. Establecer un sistema de gestión estandarizado de proceso completo para la limpieza de la cavidad interna y la prueba de fugas de helio;

5. Implementar simultáneamente líneas de productos duales de enfriadores para vehículos de pasajeros pequeños e intercambiadores de calor de almacenamiento de energía de alta potencia para cubrir las dos vías de alto crecimiento.

En general, en los próximos cinco años, el enfriador pasará de ser un único intercambiador de calor de refrigerante-refrigerante a un centro de energía de gestión térmica de dominio completo para sistemas de almacenamiento de energía/vehículos, y continuará evolucionando hacia la integración integrada de bombas de calor, microcanales, ligeros, de alta eficiencia, intercambio de calor bidireccional de amplio rango de temperatura, compatibilidad con refrigerantes ecológicos y control predictivo inteligente de IA; La parte de fabricación se centrará en superar los cuellos de botella del proceso central, como el rendimiento de la soldadura fuerte, la limpieza de la cavidad interna y la estructura liviana resistente a la presión. Las vías de vehículos y de almacenamiento de energía formarán sistemas diferenciados de tecnología y productos.

Como fabricante centrado en equipos de tratamiento térmico industrial y limpieza de precisión, nuestra empresa continuará siguiendo la tendencia de iteración tecnológica de componentes centrales de gestión térmica, como enfriadores, brindará a los clientes soluciones de fabricación completas, como hornos de soldadura fuerte protegidos con nitrógeno, líneas de limpieza de piezas de precisión y equipos de secado y pulverización continuos adaptados a los requisitos de productos de próxima generación, y trabajará con socios de la cadena industrial para promover el desarrollo de alta calidad de la industria de gestión térmica.

Palabras clave: Enfriador de Baterías; Enfriador; Gestión Térmica de Baterías; Intercambiador de Calor de Placas; Soldadura NOCOLOK; soldadura fuerte al vacío; Refrigeración líquida para almacenamiento de energía; Carga ultrarrápida

Yancheng Suwen Machinery Co., Ltd.: Línea de producción continua para desengrasado térmico y recubrimiento previo al fundente

Aplicación: Se utiliza principalmente para el proceso de pulverización de fundente de placas de aluminio, como placas frías de baterías de vehículos de nueva energía y enfriadores de baterías, para garantizar el rendimiento de la soldadura fuerte.

Composición básica: Consta de una sección de carga, una sección de desengrasado y precalentamiento, una sección de pulverización de fundente, una sección de descarga enfriada por aire, un sistema de intercambio de calor, un sistema de descarga de fundente y un sistema de control eléctrico.

Resumen del proceso: Carga manual → Horno de desengrase térmico (desengrasado) → Pulverización de fundente en caliente → Secado → Enfriamiento por aire ambiente → Descarga manual