冷板(chillplate, Cold plate)是作為水冷散熱系統(tǒng)對熱影響很關(guān)鍵的一個(gè)部件,熱設(shè)計(jì)的目的就是要在有限的空間內(nèi)通過對產(chǎn)品流道的合理布置從而有效的降低冷板的熱阻。布置流道就是要在客戶的限制條件下如冷板的尺寸,流體的流量,流體特質(zhì)Pump的P-Q,產(chǎn)品使用的環(huán)境等,滿足散熱性能。
提升冷板的散熱性能主要依靠: 1)改善流場。使流體在流道內(nèi)有足夠長的回路(要考慮符合的壓降,以免影響流量),流道內(nèi)的液體吸熱均勻,通常采用的方法有:Pin fin組,扭旋片,wave channel等。 2)增加吸熱面積。流體接觸冷板吸熱端的面積足夠,吸熱效果才能更好。增加面積的方法有:skiving, CNC銑槽,crimp fin,鋁擠壓fin片等。 3)冷板吸熱面平面度、粗糙度及厚度。由于工業(yè)冷板的功耗通常都比較大,以千瓦級計(jì),所以冷板的平面度、粗糙度及厚度都對冷板的熱阻有很大的影響。
水冷板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)材料。水冷板材料通常使用鋁、銅、不銹鋼等,其中以鋁使用廣泛。鋁材料密度小,導(dǎo)熱系數(shù)高,次于銅,而且三者當(dāng)中為便宜,因此產(chǎn)品。 2)密封。水冷板的密封方式主要有O-Ring密封,焊接。O-Ring密封的方式適合在小壓力的情況下,需要考慮O-ring的耐高溫和耐老化問題;焊接可以使整個(gè)冷板形成一體性,具備很高的可靠性和耐久性。北京百明盛達(dá)科技發(fā)展有限公司目前主要提供焊接水冷板,焊接方法包括真空釬焊、攪拌摩擦焊接等。
水冷板的焊接方式有:氮?dú)獗Wo(hù)釬焊,真空釬焊,氬弧焊,攪拌摩擦焊等。焊接方式的選用與材質(zhì)和產(chǎn)品的厚度有關(guān),氮?dú)獗Wo(hù)釬焊和真空釬焊通常適用于產(chǎn)品壁薄,質(zhì)量小的產(chǎn)品如熱交換器,雷達(dá)天線等,焊接母材通常選用AL3003,AL4004,AL4045,AL4043等;氬弧焊接由于起弧溫度高,加上有氬氣保護(hù),可以焊接任意形式鋁材,但是由于氬焊溫度高,焊接的母材需比較厚,焊接時(shí)容易產(chǎn)生局部變形,焊縫需要后加工處理,加工面有砂眼,裂紋等缺陷。氬焊通常采用手工操作,具有不穩(wěn)定性。攪拌摩擦焊接特別適用于鋁合金的焊接,具有缺陷率低、綠色環(huán)保的技術(shù)特點(diǎn),是厚壁較大型的冷板制作的焊接工藝。以上無論何種焊接方式,焊縫周圍都需要注意材料無雜質(zhì),否則影響焊接產(chǎn)生缺陷。
在上述兩點(diǎn)確認(rèn)后,冷板設(shè)計(jì)的重心基本就集中到了提高冷板與電芯的接觸面積、調(diào)整流道設(shè)計(jì),提高流體自身的效果上來。這種變化我們可以從法雷奧對于不同充電功率所需冷卻效果(綜合換熱系數(shù))的劃分上對比來看。
沖壓流道和凸包這種大平板式的冷板設(shè)計(jì)迎合了當(dāng)前快充和大模組、CTP的設(shè)計(jì)思路,是當(dāng)前的主要應(yīng)用趨勢。另外,根據(jù)是否存在模組、界面材料TIM、箱體和電芯,這4者與冷板的位置來劃分,冷板至少有6種的布置方案,其中箱體集成水冷板是目種比較受歡迎的設(shè)計(jì)思路。