EV バッテリー パック用のプレス液冷却コールド プレート: アルミニウム成形および真空ろう付け QC

EV バッテリー パック用の打ち抜きアルミニウム液冷プレートは、4C/5C の高い充電率下でも熱均一性、構造強度、漏れのない動作を維持する必要があります。認定された冷却プレートには、長期的な信頼性を確保するために、制御されたアルミニウム成形、マイクロチャネル形状の精度、真空ろう付けの完全性、ヘリウム質量分析によるリーク検出が必要です。

 

高出力バッテリー モジュールの場合、冷却プレートは熱交換器であるだけでなく、セルとバッテリー エンクロージャ間の構造的な熱インターフェイスでもあります。製造品質は、セルの温度差、急速充電能力、バッテリーのライフサイクル性能に直接影響します。

 

 

 

高速充電システムの採用の増加により、バッテリーの熱管理要件が変化しました。 4C または 5C の充電中、リチウムイオン電池は短期間に大量の熱を発生するため、電池表面から急速に熱を除去する必要があります。

一般的な EV バッテリー冷却プレートは、以下を制御する必要があります。

セル温度の均一性。

最大温度上昇。

流路の圧力損失。

クーラントの分配。

機械的変形。

長期にわたるシールの信頼性。

例えば：

 

充電速度	バッテリーの状態	サーマルチャレンジ
1C–2C	標準充電	中程度の発熱
3C–4C	急速充電	局所的な熱蓄積が高い
5℃以上	超急速充電	最適化された熱経路が必要

 

冷却プレートの設計では、車両の振動や圧力サイクル下でも機械的強度を維持しながら、最小限の熱抵抗でバッテリーセルから冷却剤チャネルに熱を伝達する必要があります。

 

ASTM B209 および ISO 6361 に基づく 3003 アルミニウム合金の選択

3003 アルミニウム合金は、熱伝導率、耐食性、成形性、製造コストのバランスが取れているため、EV バッテリーのコールド プレートに広く使用されています。

 

材料特性	3003 アルミニウム	4343 アルミニウムクラッディング	エンジニアリング機能
主な構成	Al-Mn合金	Al-Si合金	構造層+ろう層
熱伝導率	約. 160 – 190 W/m·K	ベースアルミニウムよりも低い	熱伝達経路
成形性	素晴らしい	クラッド用に設計	深絞りとスタンピング
耐食性	良い	ろう付けインターフェースを提供	クーラントの適合性
ろう付け温度	-	3003未満の融解範囲	真空ロウ付けが可能
応用	冷却プレート本体	ろう材層	複合アルミニウムシート

 

EV 液冷プレートの一般的な構造は次のとおりです。

4343 / 3003 / 4343 アルミニウム複合シート

4343 クラッド層はろう付け中に溶けますが、3003 コアは機械的強度を維持します。

 

 

液冷プレートの製造はアルミシートの成形から始まります。単純なスタンピング部品とは異なり、チャネルの形状が冷却剤の流れの分布に直接影響するため、冷却プレートは制御された変形が必要です。

通常、形成プロセスには次のものが含まれます。

アルミシートのブランキング。

順送スタンピングまたは深絞り加工。

マイクロチャネル形成。

エッジフランジ成形。

ポート開口パンチング。

平面度補正。

ろう付け前の洗浄。

 

±0.01mmの寸法管理の下で形成される3003アルミニウム製マイクロチャネル

スタンピングの主な課題は、成形後のチャネルの深さとプレートの平坦性を維持することです。

主要なパラメータは次のとおりです。

素材の厚さ。

ダイクリアランス。

描画比率。

パンチ半径。

潤滑状態。

スプリングバック補償。

スタンピング力。

一般的な検査要件:

 

検査項目	代表的な制御方法
チャネルの深さ	三次元測定機検査・レーザー測定
板厚	マイクロメータ測定
表面平坦度	平坦度ゲージ
ポート位置	三次元測定機検査
寸法許容差	図面ベースの制御、重要なフィーチャーに対して±0.01mm が可能

 

冷却プレートはバッテリーセルまたはモジュールのヒートスプレッダーとの密接な接触を維持する必要があるため、平面度は特に重要です。

典型的なエンジニアリング目標:

平面度偏差<0.5mm/m

過度の変形により、以下が発生する可能性があります。

不均一な熱接触。

局所的なエアギャップ。

熱抵抗が不均一。

機械的応力集中。

 

 

 

成形後、上部と下部のアルミニウム プレートを永久的に接合して、密閉された冷却剤チャネルを作成する必要があります。

一般的に次の 2 つの主要な製造方法が使用されます。

真空ろう付け。

雰囲気制御ろう付け（CAB）。

どちらの方法もアルミニウム合金ろう付け技術に依存していますが、プロセス特性が異なります。

ISO 13585 に基づく真空ろう付けと CAB プロセスの比較

 

パラメータ	真空ろう付け	CABろう付け
雰囲気	高真空環境	窒素保護雰囲気
フラックス要件	フラックスフリープロセス	通常は制御されたフラックスの塗布が必要です
表面の清浄度の要件	非常に高い	高い
酸化制御	素晴らしい	窒素雰囲気で制御
残留汚染	極めて低い	フラックス管理に依存
本番アプリケーション	高信頼性EV冷却プレート	自動車の大量生産
プロセス監視	真空度、温度プロファイル	炉内雰囲気、温度プロファイル

 

真空ろう付けは、冷却剤チャネル内のフラックス残留物を回避できるため、高級 EV バッテリー冷却システムによく選択されます。

 

分子拡散とアルミニウムろう付け界面制御

 

アルミニウムろう付けは溶融補助接合プロセスですが、最終的な接合品質は以下によって決まります。

フィラー金属の分布。

酸化物の破壊。

表面の準備。

加熱プロファイル。

冷却速度。

ジョイントクリアランス。

重要なプロセス管理には次のものが含まれます。

炉の温度均一性。

真空圧の安定性。

ろう付けサイクルの記録。

断面金属組織学的分析。

ロウ付けプロセスが不十分だと、次のような問題が発生する可能性があります。

不完全な関節。

局所的な漏洩経路。

過剰なフィラーの蓄積。

チャネルの閉塞。

熱伝達効率の低下。
 

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冷却プレートの信頼性は、熱性能と耐圧性の両方に依存します。

車両の運転中、冷却水の圧力は次の理由で変化します。

ポンプの動作。

温度変化。

車両の振動。

サーマルサイクリング。

生産冷却プレートは、変形、亀裂、漏れなく圧力に耐える必要があります。

 

ISO 20485 に基づく破裂圧力とヘリウム リークの検出

 

次の 2 つの主要な検証方法が使用されます。

 

試験方法	目的	一般的な要件
破裂圧力試験	構造強度検証	>1.5MPa
ヘリウム質量分析リークテスト	微小漏れの検出	高感度ガス封入検証
静水圧試験	圧力保持能力	顧客定義の期間
熱サイクル試験	長期的な信頼性	温度変化シミュレーション

 

IATF 16949 に基づく自動ヘリウム リーク テスト プロセス

ヘリウム漏れ検出は、従来の水浸法と比較して高い感度を実現します。

一般的なプロセス:

冷却プレートの排気。

ヘリウム充填またはヘリウムチャンバーへの曝露。

質量分析計による検出。

漏れ率の記録。

自動合否判定。

利点は次のとおりです。

目に見えない微小な漏れを検出。

デジタルトレーサビリティ。

自動検査。

オペレーターの影響が軽減されました。

EV バッテリー用途の場合、冷却液の漏れは次の原因となる可能性があります。

電気絶縁不良。

バッテリーモジュールの損傷。

腐食。

安全上のリスク。

したがって、ヘリウム漏れ検査は最終製造検査に組み込まれることがよくあります。

 

 

 

熱性能評価には、冷媒の流れをチェックするだけでは不十分です。

エンジニアは以下を分析する必要があります。

熱伝達効率。

圧力損失。

温度分布。

流路のバランス。

構造変形。

 

4C/5C 充電条件での冷却チャネル設計パラメータ

 

設計要素	エンジニアリングへの影響
チャネル幅	クーラントの速度と圧力損失を決定します
チャンネル高さ	流れ抵抗と熱交換面積に影響を与える
チャンネルレイアウト	温度均一性を制御
板厚	強度と耐熱性に影響を与える
入口/出口位置	冷却剤の配分を決定する
表面接触品質	セルの冷却効率に影響を与える

 

適切に設計された冷却プレートにより、以下が削減されます。

セルの温度差。

熱ホットスポット。

充電電力の制限。

バッテリーの劣化が加速します。

 

EV製造要件における打ち抜き冷却プレートと押し出し冷却プレートの比較

 

要素	打ち抜きアルミニウム製冷却プレート	押し出し成形冷却プレート
チャネルの複雑さ	高い柔軟性	押し出しプロファイルによる制限
薄肉構造	可能	さらに難しい
重量の最適化	良い	適度
大面積プレート生産	適切な	適切な
工具投資	金型が必要です	押出工具が必要
自動車の量産	適切な	適切な

 

大型の EV バッテリー パックの場合、打ち抜き液冷プレートにより、カスタマイズされたチャネル レイアウトに柔軟な設計が可能になります。

 

 

Apollo Electronic Components (Xiamen) Co., Ltd. は、EV バッテリー システム、エネルギー貯蔵システム、パワー エレクトロニクス アプリケーション向けのアルミニウム冷却プレート製造ソリューションを提供しています。

生産能力には以下が含まれます。

アルミ板のプレス加工です。

浅絞り成形。

CNC加工。

アルミろう付け。

真空ろう付け。

雰囲気制御ろう付け（CAB）。

Cu-Alをレーザー溶接します。

漏れ検査。

寸法検査。

組み立て加工。

 

 

製造段階	品質管理
アルミ材の検査	材料証明書の検証
シート成形	寸法測定
チャンネル検査	三次元測定機検査
ろう付けの準備	表面清浄度管理
真空ろう付け/CAB	温度プロファイルのモニタリング
圧力試験	Burst pressure >1.5MPa検証
リークテスト	ヘリウム質量分析
最終検査	機能および寸法の検証
ドキュメント	PPAP レベル 3 のサポート

 

 

 

EV バッテリーのコールド プレートのサプライヤーを選択する際、エンジニアリング チームは以下を評価する必要があります。

アルミニウムの成形能力。

ろう付けプロセスの制御。

リークテスト機能。

熱検証の経験。

寸法検査装置。

PPAP ドキュメント機能。

認定された EV バッテリー コールド プレート メーカーは、最終製品サンプルのみではなく、測定可能なプロセス データを提供する必要があります。

サプライヤーの推奨評価ポイント：

 

評価項目	必要な証拠
材料管理	アルミニウム合金証明書
成形能力	ツーリングと寸法レポート
ろう付け能力	炉の記録と金属組織学
漏れ防止	ヘリウム試験データ
耐圧性	破裂圧力試験報告書
生産品質	IATF16949システム
トレーサビリティ	バッチ生産記録

 

目的は、以下の間の制御された関係を維持することです。

 

アルミ素材 → 成形精度 → ロウ付け品質 → 耐圧性 → 熱性能

 

 

アルミニウム合金は何に一般的に使用されていますかスタンプされたEVバッテリー冷却プレート?

3003 アルミニウム合金は、その成形性、耐食性、および 4343 アルミニウムろう付けクラッド層との適合性により広く使用されています。

 

EV 冷却プレートのメーカーは漏れのない性能をどのように検証していますか?

メーカーは、1.5MPaを超える破裂圧力試験とヘリウム質量分析による漏れ検出を使用して、構造上の欠陥と微小漏れを特定します。

 

OEM サプライヤーは、アルミニウム冷却プレート用の PPAP レベル 3 文書を提供できますか?

はい。認定サプライヤーは、材料証明書、プロセスフロー、管理計画、検査報告書、検証記録、PPAP レベル 3 文書を提供できます。