ألواح التبريد بالنحاس الفراغي: دليل 2025 للحلول الحرارية للمركبات الكهربائية عالية الأداء

I. المقدمة: خيارات التصنيع في الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية

ينمو سوق السيارات الكهربائية (EV) بسرعة. تحتاج المركبات الكهربائية إلى أداء عالي. وهذا يعني نطاقات قيادة طويلة وأوقات شحن سريعة. يتطلب هذان العاملان كثافة طاقة عالية. تخلق كثافة الطاقة العالية تحديات هائلة في الإدارة الحرارية. يجب أن تبقى حزم البطاريات وإلكترونيات الطاقة (العاكسات) ضمن نطاق درجة حرارة ضيق.

تعتبر لوحة التبريد عنصرا حاسما. لديها وظيفتين رئيسيتين. أولا، يجب أن توفر التحكم في درجة الحرارة موحدة عبر الخلايا. ثانيًا، يجب أن توفر موثوقية هيكلية عالية لتحمل ظروف الطريق.

نحن نقدم اللحام بالفراغ كتقنية تصنيع رئيسية. إنها عملية الانضمام إلى الحالة السائلة. إنه يبرع في إنشاء هياكل داخلية معقدة . كما أنه متفوق في تقليل المقاومة الحرارية للواجهة.

تحلل هذه المقالة دور اللحام الفراغي في قطاع المركبات الكهربائية. نحن نقارنه بلحام الاحتكاك (FSW). نحن بالتفصيل القيمة الفريدة للنحاس. نفسر أفضل سيناريوهات التطبيق.

ثانيا. تقنية اللحام بالفراغ: ميزة الأداء الأساسية

يركز هذا القسم على المبادئ الأساسية للنحاس. وهو يشرح كيف توفر هذه العملية تحسينات مهمة في أداء اللوحات الباردة للمركبات الكهربائية.

أ. مبدأ اللحام بالنحاس: وصلات معدنية خالية من التدفق

يعتبر اللحام الفراغي طريقة ربط دقيقة. يتم تنفيذه في فرن فراغ يمكن التحكم فيه. بيئة الفرن هذه ضرورية.

بيئة الفراغ والعمل الشعري

1. التحضير: يتم تجميع المكونات (لوحة القاعدة والزعانف). ويتم وضع معدن الحشو، وهو سبيكة النحاس، بينهما. تتميز سبيكة النحاس بنقطة انصهار أقل من المادة الأصلية (عادةً الألومنيوم).

2. الفراغ: يدخل التجميع إلى فرن الفراغ. الفراغ يمنع الأكسدة. وهذا يلغي الحاجة إلى التدفق الكيميائي المسببة للتآكل.

3. الترابط: ترتفع درجة الحرارة. تذوب سبيكة النحاس. يتدفق في الفجوات بين الزعانف ولوحة القاعدة. ويستخدم العمل الشعري لملء المفصل بأكمله.

4. التصلب: تبرد السبيكة. إنه يشكل مثالية رابطة معدنية بين المكونات.

الميزة الرئيسية هي النظافة. تعمل هذه العملية على إزالة الفراغات وبقايا التدفق. إنه يضمن أن المسار الحراري كامل وقوي.

ب. فوائد الأداء للألواح الباردة الملحومة

توفر الرابطة المعدنية مزايا حرارية كبيرة.

تقليل المقاومة الحرارية للواجهة

يحقق اللحام ما يقرب من 100٪ من المعدن إلى المعدن . يملأ معدن الحشو جميع الفجوات المجهرية. وهذا يضمن أقل مقاومة حرارية ممكنة للواجهة (Rinterface). يعد هذا أمرًا حيويًا لنقل الحرارة بسرعة من القاعدة إلى قنوات التبريد.

تصميم قناة التدفق الداخلي المعقد

يسمح اللحام بدمج الهياكل الداخلية المعقدة. يمكن أن تشتمل على زعانف مموجة أو أشكال هندسية متخصصة للقنوات الصغيرة. تعمل هذه التصميمات المعقدة على زيادة مساحة سطح نقل الحرارة بالحمل الحراري بشكل كبير ($ ext{A}_{ ext{conv}}$). تعمل هذه الزيادة في المساحة على تحسين الأداء الحراري للوحة التبريد بشكل مباشر.

ثالثا. اختيار العملية في EV: Brazing Vs FSW

يعد اختيار عملية التصنيع الصحيحة قرارًا هندسيًا رئيسيًا. يجب علينا مقارنة القيمة الفريدة للنحاس الفراغي مع اللحام بالاحتكاك (FSW).

أ. مزايا FSW (لحام الاحتكاك) وملاءمته

FSW هي عملية الانضمام إلى الحالة الصلبة. وهي تقنية مقبولة على نطاق واسع في صناعة السيارات الكهربائية، وخاصة بالنسبة للألمنيوم.

مزايا FSW الرئيسية

• قوة عالية: تنتج FSW وصلة لحام قوية وخالية من العيوب. وهذا أمر مهم للسلامة الهيكلية.

• لا توجد مواد حشو: لا تستخدم مواد حشو. وهذا يقلل من عدم توافق المواد المحتملة.

• فعالة من حيث التكلفة للحجم: إنها سريعة وقابلة للتطوير للأجزاء الكبيرة والبسيطة.

مشهد تطبيق FSW

إن FSW هو الأنسب للوحات قاعدة بطارية EV تعطي هذه التطبيقات الأولوية للموثوقية الهيكلية واقتصاد الحجم. إنها تتطلب مسارات تدفق بسيطة وقوية. الكبيرة والمسطحة ذات الطبقة الواحدة .

ب. القيمة الفريدة والتطبيقات الرئيسية لعملية اللحام بالفراغ

يوفر اللحام الفراغي إمكانات متخصصة لا يمكن لـ FSW مطابقتها. تعتبر هذه القدرات ضرورية للمكونات عالية الطاقة.

السيناريو الأول: محولات الطاقة العالية وأنظمة الشحن

تتمتع الوحدات العاكسة (التي تستخدم شرائح IGBT أو SiC) بكثافة تدفق حرارية شديدة. أنها تتطلب أدنى مقاومة حرارية مطلقة (Rth). تعتبر الألواح الباردة النحاسية (خاصة تلك المصنوعة من النحاس أو النحاس / الألومنيوم الهجين) هي الخيار الأفضل هنا.

السيناريو الثاني: الألواح الباردة الهجينة من النحاس والألومنيوم

يمكن للنحاس أن ينضم بشكل موثوق إلى مكونات النحاس والألومنيوم. هذا يكاد يكون مستحيلاً مع FSW أو اللحام القياسي. هذه الميزة حيوية للتصاميم الهجينة. تستخدم هذه التصميمات قاعدة نحاسية (للتوصيل الحراري العالي بالقرب من الشريحة) ولوحة تدفق من الألومنيوم (لتقليل الوزن والتكلفة). يوفر اللحام المسار الحراري القوي اللازم بين المعدنين المختلفين.

السيناريو الثالث: هياكل التبريد مزدوجة الجوانب ومتعددة الطبقات

يسمح Brazing للمهندسين بتوصيل طبقات متعددة من قنوات التدفق في مسار واحد. وهذا يخلق هياكل تبريد متكاملة للغاية ومتعددة الوظائف. يتم استخدام هذا للتبريد من خلية إلى لوحة حيث يلزم إزالة الحرارة على الوجهين. يصعب تحقيق هذا المستوى من التعقيد الهيكلي باستخدام طبقات اللحام البسيطة الخاصة بـ FSW.

رابعا. تحديات التصميم والتحسين الحراري لـ Winshare

يقدم Brazing أداءً عاليًا. ولكنه يطرح تحديات تصميمية محددة في بيئة تطبيقات السيارات الكهربائية. Winshare Thermal متخصص في إدارة هذه التحديات.

أ. تحسين التصميم: موازنة الأداء وانخفاض الضغط

الأداء العالي للألواح الباردة النحاسية يأتي من الهندسة الداخلية المعقدة.

هندسة الزعانف وإدارة انخفاض الضغط

تعمل الزعانف المعقدة (مثل الزعانف المموجة) على زيادة كفاءة نقل الحرارة بشكل كبير. ومع ذلك، فإنها تسبب أيضًا زيادة كبيرة في انخفاض الضغط (DeltaP). يزيد ارتفاع DeltaP من استهلاك طاقة الضخ. يجب أن يجد التصميم نقطة المفاضلة المثلى. يستخدم Winshare محاكاة CFD (ديناميكيات الموائع الحسابية) المتقدمة. تساعد هذه الأداة المهندسين على تحليل مسار التدفق. فهو يضمن أقصى قدر من نقل الحرارة ضمن ميزانية $Delta ext{P}$ المتاحة للعميل.

ضمان توحيد توزيع التدفق

يمكن أن تعاني القنوات النحاسية المعقدة من التدفق غير المتساوي. يفضل السائل المسار الأقل مقاومة. وهذا يؤدي إلى القنوات المتعطشة والنقاط الساخنة. تصمم Winshare متشعبات داخلية وفواصل تدفق دقيقة. وهذا يضمن حصول كل قناة على معدل تدفق متساوٍ. فهو يضمن كفاءة تبريد متسقة عبر السطح بأكمله.

ب. تحديات التصنيع والموثوقية الخاصة بالنحاس

تتمتع صناعة السيارات الكهربائية بمعايير جودة صارمة (مثل TS16949). يجب أن يفي اللحام بهذه المعايير للإنتاج الضخم.

معايير الجودة والنظافة للسيارات الكهربائية

عملية اللحام حساسة للغاية للنظافة. أي شوائب أو بقايا زيت على المواد الخام سوف تتبخر في الفراغ. وهذا يخلق العيوب. يمنع سبيكة النحاس من التدفق بشكل صحيح. يستخدم Winshare عمليات تنظيف صارمة ومتعددة المراحل. نحن نضمن أن المواد نقية قبل دخولها الفرن. تضمن مراقبة الجودة الصارمة هذه وصلات نحاسية خالية من العيوب.

منع التآكل الجلفاني

عند استخدام الألواح الباردة الهجينة المصنوعة من النحاس والألومنيوم، يكون التآكل الجلفاني أمرًا خطيرًا. يجب أن تستخدم عملية اللحام سبيكة النحاس الخاملة والمناسبة. يجب أن يعزل التصميم أيضًا المواد. وهذا يمنع سبيكة النحاس نفسها من أن تصبح موقعًا للتآكل. يعد الاختيار المناسب للمواد والمبرد أمرًا حيويًا. فهو يضمن الموثوقية طويلة المدى المطلوبة لعمر السيارة الذي يبلغ 10 سنوات.

V. الخلاصة: اتخاذ القرار بشأن الإدارة الحرارية المستقبلية

يعد اختيار العملية لألواح تبريد المركبات الكهربائية بمثابة مقايضة هندسية أساسية.

• FSW هو الخيار السائد لتبريد قاعدة البطارية الكبيرة وخفيفة الوزن والقابلة للتطوير . إنه يوفر بنية قوية وتكلفة منخفضة من حيث الحجم.

• يعد اللحام بالفراغ هو الخيار الحاسم للأداء الفائق والتكامل الهيكلي العالي وتطبيقات المواد المختلطة . ويشمل ذلك محولات الطاقة العالية والبطاريات عالية الكثافة سريعة الشحن.

الاتجاه في سوق السيارات الكهربائية واضح. أصبحت بنية 800 فولت والشحن فائق السرعة أمرًا قياسيًا. وهذا يزيد بشكل كبير من المتطلبات الحرارية على لوحات التبريد. إن متطلبات المقاومة الحرارية المنخفضة سوف تفوق قريبًا القوة الهيكلية البسيطة في هذه المناطق عالية الطاقة. سيصبح اللحام بالفراغ ضروريًا بشكل متزايد لهذه المكونات ذات الكثافة العالية للطاقة.

Winshare Thermal هي شركة رائدة في تصنيع التبريد المتقدم. نحن نتقن تقنيات اللحام بالنحاس FSW والفراغ. نحن نقدم اختيارًا دقيقًا للعملية بناءً على TDP الخاص بك وتفضيلات المواد ومتطلبات التكلفة. اتصل بنا لتصميم حل تبريد مخصص يلبي متطلبات سوق السيارات الكهربائية لعام 2025 وما بعده.

[العودة إلى الأعلى]