Los vehículos eléctricos (VE) están transformando rápidamente el panorama automovilístico, y la eficiencia y fiabilidad de sus baterías desempeñan un papel fundamental en esta evolución. Un componente crítico para mantener el rendimiento óptimo de las baterías de los VE es el sistema de refrigeración, en particular las placas frías que gestionan la regulación térmica. Elegir la placa fría adecuada para las celdas de las baterías de los VE es esencial para garantizar la seguridad, el rendimiento y la longevidad. En este artículo, exploraremos las características clave que los responsables de compras y los ingenieros deben tener en cuenta a la hora de seleccionar las placas frías para baterías de vehículos eléctricos.
Por hidroconformado de placas en frío se entienden las placas fabricadas mediante procesos de estampación, en los que las finas láminas de metal se conforman con las formas y características deseadas mediante la aplicación de alta presión. El proceso de estampación permite crear intrincados canales dentro de la placa, por los que fluye un líquido refrigerante que absorbe y disipa el calor de los componentes.
Una de las características definitorias de las placas de refrigeración líquida de tipo estampado es el material utilizado en su construcción. Normalmente, el aluminio y el cobre son los materiales elegidos por su excelente conductividad térmica. El aluminio es el material preferido por su ligereza, resistencia a la corrosión y bajo coste, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de automoción y electrónica de consumo. El cobre, en cambio, ofrece un rendimiento térmico superior, pero es más pesado y caro, por lo que suele reservarse para aplicaciones especializadas o de alto rendimiento.
La elección del material influye directamente en la eficacia de la placa de refrigeración a la hora de estabilizar la temperatura de las celdas de la batería, garantizando que ésta se mantenga dentro del rango de temperatura óptimo durante el funcionamiento.
El proceso de estampación consta de una serie de pasos:
Eliminar el exceso de material y afinar los bordes.
Quitar la grasa que queda en la placa
La precisión y repetibilidad del proceso de estampación lo hacen ideal para la producción en serie, garantizando una calidad y un rendimiento constantes en todas las unidades.
Las placas de refrigeración líquida de tipo estampado están diseñadas para maximizar el contacto térmico entre la placa y la fuente de calor. Los intrincados canales dentro de la placa permiten una gran superficie de contacto entre el refrigerante y el metal, lo que permite una transferencia de calor eficaz. El uso de materiales de alta conductividad mejora aún más el rendimiento térmico, garantizando una rápida disipación del calor.
Una de las ventajas del proceso de estampación es la capacidad de crear placas de refrigeración finas y ligeras sin comprometer la integridad estructural. Esta característica es especialmente beneficiosa en aplicaciones en las que el espacio y el peso son factores críticos, como en vehículos eléctricos y aparatos electrónicos portátiles.
El proceso de estampación permite crear diseños personalizados de canales de flujo adaptados a requisitos específicos de refrigeración. Estos canales pueden optimizarse para una distribución uniforme del refrigerante, minimizando los gradientes de temperatura en la placa. La flexibilidad en el diseño de los canales también permite acomodar distintos caudales y viscosidades de refrigerante.
Las placas de refrigeración líquida de tipo estampado son altamente escalables, por lo que resultan adecuadas tanto para la producción a pequeña como a gran escala. El proceso de estampación es rentable, especialmente para la fabricación de grandes volúmenes, ya que minimiza el desperdicio de material y reduce el tiempo de producción.
Diseño de una eficaz placa de refrigeración líquida de tipo estampado requiere una cuidadosa consideración de varios factores, como el grosor de la placa, la configuración del canal de flujo y la distribución del refrigerante. Cada uno de estos elementos desempeña un papel crucial a la hora de determinar el rendimiento global de la placa de refrigeración.
El grosor de la placa de refrigeración es un factor crítico que influye tanto en el rendimiento térmico como en la integridad estructural. Una placa más gruesa suele proporcionar una mejor disipación del calor debido al mayor volumen de material, que puede absorber más calor. Sin embargo, las placas más gruesas también añaden peso y pueden plantear problemas en aplicaciones donde el espacio es limitado.
El grosor óptimo de la placa depende de varios factores, como la carga térmica, el tipo de refrigerante utilizado y la capacidad de refrigeración necesaria. Para la mayoría de las aplicaciones, es habitual un grosor que oscila entre 1,5 mm y 3,0 mm. Sin embargo, los requisitos específicos pueden requerir placas más gruesas o más finas.
El diseño de los canales de flujo dentro de la placa de refrigeración es un factor determinante de la eficacia de la transferencia de calor. Los canales deben diseñarse para maximizar la superficie de contacto con el refrigerante y minimizar la caída de presión. Los diseños de canales más comunes incluyen configuraciones en serpentín, paralelas y microcanales. Los canales paralelos reducen la caída de presión dividiendo el flujo de refrigerante en múltiples trayectorias. Este diseño es adecuado para aplicaciones en las que son fundamentales una baja caída de presión y una distribución uniforme de la temperatura.
Los diseñadores deben tener en cuenta la relación entre el caudal y la caída de presión a la hora de configurar los canales de flujo. Un mayor caudal puede mejorar la transferencia de calor, pero también puede aumentar la caída de presión, lo que requiere bombas más potentes. El diseño del canal debe optimizarse para lograr el equilibrio deseado entre caudal, caída de presión y rendimiento térmico.
XD thermal puede proporcionar servicios (CFD). Las simulaciones CFD permiten visualizar los patrones de flujo del refrigerante, la distribución de la temperatura y la caída de presión dentro de la placa de refrigeración. Este análisis ayuda a identificar posibles áreas de mejora y garantiza que el diseño final cumpla los requisitos de rendimiento.
La distribución uniforme del refrigerante es esencial para conseguir una refrigeración uniforme en toda la placa. Una distribución desigual puede dar lugar a puntos calientes, reduciendo la eficacia global de la solución de refrigeración. Para garantizar una distribución uniforme, los diseñadores deben tener muy en cuenta la ubicación de la entrada y la salida, la configuración de los canales y el caudal.
La trayectoria del flujo dentro de la placa de refrigeración debe optimizarse para garantizar que el refrigerante fluya uniformemente por toda la superficie. Esto puede lograrse ajustando el diseño del canal, variando la anchura del canal o incorporando limitadores de caudal en zonas específicas. El objetivo es lograr una distribución uniforme de la temperatura minimizando la caída de presión.
Las placas frías de hidroconformado ofrecen una serie de características que las convierten en la opción ideal para las soluciones de gestión térmica de alto rendimiento de las celdas de las baterías de los vehículos eléctricos. Su capacidad para adaptarse a geometrías complejas, proporcionar estructuras ligeras y duraderas y ofrecer un alto rendimiento térmico las diferencia de otros métodos de fabricación. La versatilidad y rentabilidad del proceso aumentan aún más su atractivo, por lo que el hidroconformado es la opción preferida en sectores que van desde la automoción a la electrónica.
El uso de la tecnología de hidroconformado garantiza una calidad constante en la producción en serie.
El grosor de la placa de refrigeración desempeña un papel crucial en su capacidad para disipar el calor y mantener la integridad estructural. Las placas más gruesas absorben más calor pero pueden añadir peso, lo que puede ser un problema en aplicaciones con limitaciones de espacio como los vehículos eléctricos.
Los factores clave son el grosor de las placas, el diseño de los canales de flujo y la distribución del refrigerante, que deben optimizarse para conseguir una transferencia de calor eficaz y una caída de presión mínima.
He trabajado en la gestión térmica de baterías durante más de 5 años, ocupándome de muchos proyectos internacionales. Si tiene curiosidad sobre los productos o servicios de refrigeración líquida de baterías, ¡no dude en hacerme cualquier pregunta!
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