日本語前沿科技
新能源動(dòng)力電池PACK結(jié)構(gòu)與一體壓鑄的變遷
2024/11/06
在電池PACK結(jié)構(gòu)簡化的過程中，不同結(jié)構(gòu)與材料的增加或減少使用以及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件在生產(chǎn)供應(yīng)的格局上均發(fā)生較大變遷。圖：CTP電池包結(jié)構(gòu)下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)增量與產(chǎn)業(yè)遷移梳理PART01結(jié)構(gòu)件：電池托盤的生產(chǎn)工藝變化沖壓擠壓/壓鑄：當(dāng)期擠壓將代替沖壓，遠(yuǎn)期壓鑄正在局部嘗試鋁擠壓工藝相比于傳統(tǒng)的沖壓等生產(chǎn)工藝，具有高剛性、抗震動(dòng)、抗擠壓、抗沖擊等性能。但是：①鋁型材的焊接工序很長，效率很低，一體化壓鑄快速成型，效率更高；②型材焊接的焊縫質(zhì)量問題，一體化壓鑄可較好的解決。③從生產(chǎn)成本的角度，無需投資多種鋁型材的設(shè)備，一體壓鑄僅需一臺壓鑄設(shè)備，整體工藝生產(chǎn)流程簡化。圖：鋁合金電池托盤PART02CTC后底盤開啟一體化壓鑄新紀(jì)元特斯拉引領(lǐng)汽車制造工藝創(chuàng)新極簡，開啟一體化壓鑄新紀(jì)元2020年9月，特斯拉于電池日上宣布ModelY將采用一體化壓鑄后地板總成，可減少下車體總成重量30%，降低40%制造成本，且車身生產(chǎn)工藝流程大幅簡化，制造時(shí)間由傳統(tǒng)沖壓-焊裝-涂裝-總裝制造工藝的1-2小時(shí)縮短至一體化壓鑄的2-3分鐘。2021年5月，特斯拉前艙一體化總成鑄件試驗(yàn)也已披露下線，主要構(gòu)成包括左右車輪罩、潰縮吸能區(qū)、橫梁、以及與車身連接的端面和與前碰撞梁或車前端連接的結(jié)構(gòu)端面，整體重量約為130kg。當(dāng)前，特斯拉正在探索一體化壓鑄的進(jìn)一步集成，將整個(gè)車輛的結(jié)構(gòu)構(gòu)成大大簡化為四個(gè)部分：①前艙一體式壓鑄總成+②乘員艙結(jié)構(gòu)壓鑄總成+③一體化電池結(jié)構(gòu)壓鑄總成+④后底板一體化壓鑄總成。圖：新能源車車身結(jié)構(gòu)簡化與集成其中，據(jù)特斯拉發(fā)布會介紹，其利用3個(gè)大型壓鑄件（前底板+CTC電池包+后底板）替換由370個(gè)零件組成的整個(gè)下車體總成，實(shí)現(xiàn)整體減重10%，續(xù)航增加14%。一體化壓鑄是汽車制造提升集成效率，以及輕量化與降成本必經(jīng)之路1一體化壓鑄相對傳統(tǒng)工藝，極大的提升了汽車車身的生產(chǎn)效率傳統(tǒng)車身的制造工藝包括沖壓-焊裝-涂裝-總裝等多個(gè)流程。主車廠采購由全國各供應(yīng)商通過沖壓、壓鑄制造的多個(gè)結(jié)構(gòu)件，將之組裝連接（包括焊接、鉚接、涂膠等）在一起，形成汽車的白車身總成（BIW）。一輛車由大約幾百個(gè)不同形狀、不同材料的零件焊接而成。任一零件的誤差波動(dòng)都將對最終的車身精度造成影響。圖：一體化壓鑄極大提升了汽車生產(chǎn)效率一體化總成零部件一次壓鑄成型，極大提升了汽車生產(chǎn)效率與集成質(zhì)量。據(jù)特斯拉數(shù)據(jù)顯示采用了一體式壓鑄后地板總成的ModelY，由于所有零件一次壓鑄成型，零件數(shù)量比Model3減少79個(gè)，由于應(yīng)用了新的免熱處理合金材料，因此省去了熱處理環(huán)節(jié)，制造時(shí)間由傳統(tǒng)工藝的1-2小時(shí)縮減至120-180s。且只有一個(gè)零件，無需開發(fā)過多的工裝設(shè)備，也大幅降低大量零件連接帶來的誤差累計(jì)，提升制造精度。2一體化壓鑄有效實(shí)現(xiàn)了汽車輕量化需求據(jù)中國汽車工程學(xué)會給出的國內(nèi)汽車輕量化分階段目標(biāo)來看，國內(nèi)汽車制造輕量化趨勢也在不斷加速推進(jìn)。采用鋁合金一體化壓鑄的全鋁白車身重量約在200-250kg，而同級別鋼制車身的重量在350-450kg。重量降低約150-200kg，采用全鋁一體化壓鑄工藝極大的提升了汽車的輕量化程度。3一體化壓鑄大幅簡化生產(chǎn)成本一方面，大幅降低了生產(chǎn)線成本。在原有的有生產(chǎn)技術(shù)成本（沖壓、焊裝、涂裝、總裝）框架下，傳統(tǒng)生產(chǎn)70個(gè)零部件，每個(gè)零部件均需布置機(jī)器和模具，以及生產(chǎn)線周邊的機(jī)器臂、傳輸線、夾具等；而一體化壓鑄成型僅需一臺大型壓鑄機(jī)和一套模具，工藝流程簡化過后其它耗材和設(shè)備的減少、機(jī)加工簡化、物料運(yùn)輸、壓鑄成本都更??；且省去了熱處理設(shè)備和過程、省去了塑型設(shè)備[修復(fù)熱處理后的變形]和過程、省去了鈍化設(shè)備和過程、省去了結(jié)構(gòu)膠等，綜合經(jīng)濟(jì)性能更好。另外，一臺大型壓鑄機(jī)占地面積僅100平方米，根據(jù)埃隆-馬斯克的表示，采用大型壓鑄機(jī)后，工廠占地面積減少了30%。另一方面，大幅降低人力成本。國內(nèi)主流汽車工廠一個(gè)焊裝工廠大概配套200-300名生產(chǎn)線工人，采用一體壓鑄技術(shù)后，所需的技術(shù)工人也將大幅減少。據(jù)特斯拉在2020年電池日發(fā)布會上表示，modelY后底板一體化壓鑄工藝較原方案降低了40%制造成本。主車廠與電池廠均跟進(jìn)，加速布局新能源車底盤一體化壓鑄項(xiàng)目，行業(yè)景氣高增1各新能源車廠加速跟進(jìn)推進(jìn)一體化壓鑄沃爾沃布局一體化壓鑄：2022年2月28日，沃爾沃汽車將投資100億瑞典克朗給位于瑞典的Torslanda制造工廠，以準(zhǔn)備生產(chǎn)的下一代全電動(dòng)汽車。公司將采用大型鑄造鋁車身部件，新建電池組裝廠和總裝車間。其中關(guān)鍵一項(xiàng)是使用6000T鎖模力的巨型壓鑄機(jī)生產(chǎn)汽車后底板，這意味著沃爾沃開始在大型汽車零部件中引入壓鑄工藝。圖：沃爾沃布局CTC壓鑄新勢力造車企業(yè)攜手第三方，開始布局一體化車身壓鑄。除特斯拉外，新勢力造車企業(yè)如蔚來、小鵬等也開始布局汽車的一體化壓鑄后底板。2021年12月蔚來發(fā)布新車ET5，該車后座板使用一體壓鑄工藝。2電池廠商寧德時(shí)代深度布局電池包結(jié)構(gòu)壓鑄2021年8月，寧德時(shí)代與上海臨港簽訂合作協(xié)議，擬投資28億元建設(shè)一體化電動(dòng)底盤項(xiàng)目。2022年2月19日基地正式開工。項(xiàng)目涉及布局包括先進(jìn)材料、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、極限制造和商業(yè)模式創(chuàng)新在內(nèi)的四大創(chuàng)新體系。3壓鑄廠商亦高度受益行業(yè)景氣高增，單車價(jià)值量大幅提升，市場空間廣闊除車廠采購壓鑄機(jī)自研一體化壓鑄后底盤外，車身結(jié)構(gòu)件的壓鑄廠商以及電池包和電驅(qū)動(dòng)殼體的壓鑄廠商同樣進(jìn)行著一體化壓鑄業(yè)務(wù)的布局。在當(dāng)前新能源車銷量高增以及大型壓鑄件使用不斷擴(kuò)張背景下，零部件廠商高度受益壓鑄件需求放量。圖：一體化壓鑄極大提升了汽車的生產(chǎn)效率4一體化壓鑄對設(shè)備-模具-工藝配套流程要求更高，技術(shù)壁壘明顯，競爭格局更優(yōu)一體化壓鑄設(shè)備-模具-材料-工藝集成綜合壁壘高在設(shè)備端，大型一體化成型件需要采用高噸位壓鑄機(jī)，當(dāng)前國內(nèi)外各壓鑄機(jī)設(shè)備廠商開始實(shí)現(xiàn)大型壓鑄機(jī)研制突破。為了滿足大尺寸部件的制造要求，且同時(shí)保證其強(qiáng)度和量產(chǎn)效率，一體化壓鑄對壓鑄機(jī)的鎖模力、模板尺寸、壓射量、壓射壓力以及速度控制等均需要更高的要求，具有較高的技術(shù)難度。各主車廠及第三方壓鑄廠紛紛采購超大噸位壓鑄機(jī)來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展布局。在模具端，大型壓鑄產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對模具的要求亦進(jìn)一步增加。在材料端，免熱處理合金材料的研制突破助力大型一體化壓鑄的適用推廣。傳統(tǒng)壓鑄工藝中，需要使用到熱處理等工序來提高零部件的機(jī)械性能、耐腐蝕性能等。但加熱冷卻過程中產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)，帶來零部件的形變誤差，特別是對于一體化的大體積部件，進(jìn)一步放大了變形風(fēng)險(xiǎn)。在壓鑄工藝端，將設(shè)備-模具-材料大要素有機(jī)地加以綜合運(yùn)用在當(dāng)前仍具備較高的技術(shù)壁壘，其關(guān)鍵點(diǎn)在于能穩(wěn)定的、有節(jié)奏的和高效的生產(chǎn)出外觀、內(nèi)在質(zhì)量好、尺寸符合要求的合格鑄件。同樣，櫻花扎根中國20年，金屬壓鑄脫模應(yīng)用在各領(lǐng)域，在這次一體化壓鑄的工藝變化過程中，櫻花積極參與，從2500T到9000T的壓鑄機(jī)臺都能見到櫻花各種最新型號的脫模產(chǎn)品。高配比的脫模產(chǎn)品進(jìn)一步幫助制造企業(yè)降低工耗，提高良品率，最大程度上優(yōu)化了部件成本，提高了效率。歡迎合作伙伴來電咨詢相關(guān)產(chǎn)品信息電話：021-64953666END
儲能熱管理新型方案——讓未來更可持續(xù)
2024/11/06
電池充放電效率對儲能熱管電理需求有何影響？冷卻電池仿真分析充放電倍率增大是電化學(xué)儲能的升級方向，對儲能熱管理提出更高要求。當(dāng)前，0.5C和1C的電化學(xué)儲能電池為儲能項(xiàng)目主流，相較于0.4C的儲能電池，0.5C與1C的儲能電池在熱失控下進(jìn)入危險(xiǎn)爆發(fā)期的速度更快，儲能熱管理的換熱效率需要進(jìn)一步提高。充放電倍率為1C的電池?zé)崾Э剡^程更短電池模組安全性降低目前0.5C容量型與1C能量型儲能電池為市場主流換熱效率更高的液冷代替風(fēng)冷為未來趨勢。液冷方案具有比風(fēng)冷更高的換熱效率，由于液體的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)高于氣體，且更加靠近熱源，冷卻效率更高，在相同功耗下液冷電池包的最高溫度比風(fēng)冷低3-5℃。同時(shí)液冷方案不需要設(shè)計(jì)風(fēng)道，部分產(chǎn)品的占地面積可節(jié)約50%以上。相同功耗下液冷電池包的最高溫度比風(fēng)冷低3-5℃電化學(xué)儲能、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心溫控的區(qū)別？電化學(xué)儲能溫控電化學(xué)儲能溫控核心在于提升使用壽命與安全性，對于溫控設(shè)備空間限制較為寬松。電化學(xué)儲能常見場景在室外，更強(qiáng)調(diào)溫控設(shè)備的使用壽命、穩(wěn)定性以及溫控方案的運(yùn)維成本，對設(shè)備的體積、重量等要求相對寬松。目前風(fēng)冷方案占比更大，隨著新能源電站、離網(wǎng)儲能向更大電池容量、更高系統(tǒng)功率密度轉(zhuǎn)化，液冷方案占比將快速提升。新能源汽車溫控新能源汽車溫控重視提升固定空間下的熱管理效率與溫控精確性。新能源汽車的熱管理除對電池的溫控需求外，還包括對電控、電機(jī)、乘倉的溫控需求。由于動(dòng)力電池能量密度更高，且車體物理空間有限，對熱管理的體積、重量、散熱效率、溫控精度要求更高。數(shù)據(jù)中心（IDC）溫控?cái)?shù)據(jù)中心溫控追求制冷功率提升與數(shù)據(jù)中心電力使用效率（PUE）的降低。AIGC的發(fā)展加速芯片算力提升，帶來功耗大幅上升，IDC溫控強(qiáng)調(diào)散熱效率跟上芯片功耗提升速度。此外，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，在PUE政策收緊的背景下，熱管理效率需要進(jìn)一步提升，浸沒式、噴淋式液冷散熱方案得到進(jìn)一步推廣。電化學(xué)儲能、新能源汽車、IDC溫控的橫向?qū)Ρ葍δ芗惺?、集散式熱管理有何區(qū)別，需求情況如何？按照溫控系統(tǒng)的工作對象不同，儲能熱管理可以分為集中式和集散式熱管理。集中式熱管理一個(gè)集裝箱由一套熱管理系統(tǒng)維護(hù)，功率較高，一般為40kw及以上。儲能集裝箱集中式散熱結(jié)構(gòu)集散式熱管理對集裝箱內(nèi)的多個(gè)電池柜分別進(jìn)行熱管理，強(qiáng)調(diào)溫度的精細(xì)化控制，目前主要由2.5-4kw機(jī)組向6-8kw機(jī)組升級過渡。儲能集裝箱集散式散熱結(jié)構(gòu)從價(jià)格上來看，集散式熱管理相較于集中式出廠價(jià)更高，但集散式對熱量的管理更精細(xì)化，整體效率更高，因此LCoS（全生命周期成本/累計(jì)傳輸?shù)碾娔芰浚┓炊汀Ｄ壳昂Ｍ馐袌龈鼜?qiáng)調(diào)全生命周期成本，國內(nèi)市場則更看重方案的招標(biāo)價(jià)格。未來熱管理的形態(tài)？冷板式液冷是最常見的間接接觸式液冷技術(shù)，浸沒式液冷是最常見的直接接觸式液冷技術(shù)。液冷散熱存在多種方案，主流的、高效率的散熱方案主要包括：冷板式液冷浸沒式液冷噴淋式冷卻冷板式液冷是目前最成熟的液冷方案，安裝較為簡潔，改造成本低，材料的兼容性好，發(fā)展速度最快，均價(jià)低于浸沒式。熱管理未來可能的發(fā)展趨勢：1）風(fēng)冷將被替代，2）冷板式向浸沒式發(fā)展，3）熱管理外置。隨著芯片算力、電池能量密度、充放電效率的不斷提升，設(shè)備單位時(shí)間產(chǎn)熱量大幅提升，溫控系統(tǒng)熱交換效率的提升是行業(yè)大勢。風(fēng)冷將逐步被液冷替代，浸沒式液冷隨著冷卻液的價(jià)格下降滲透率有進(jìn)一步提升的可能，以集裝箱為熱管理目標(biāo)的外置式熱管理或許是熱管理方案進(jìn)一步降本的嘗試方向。液冷核心櫻花冷卻液針對目前儲能冷卻技術(shù)的變化，櫻花化研研發(fā)和生產(chǎn)了一款由棕櫚油提煉而成，可生物降解，綠色環(huán)保冷卻液。具有優(yōu)異的介電常數(shù)，優(yōu)異的氧化安定性，擊穿電壓高，良好的導(dǎo)熱性能以及絕緣性能。產(chǎn)品特點(diǎn)理想的氧化安定性，能廣泛適用于各種溫控散熱場合電氣絕緣性能優(yōu)異，能安全接觸關(guān)鍵電器元件低粘度，散熱性能優(yōu)異，能在溫控系統(tǒng)中很好的流動(dòng)散熱。環(huán)境特性低毒性低溫室效應(yīng)可生物降解，對于土壤和水源地友好冷卻性能評價(jià)歡迎合作伙伴來電咨詢相關(guān)產(chǎn)品信息電話：021-64953666
浸沒式液冷——數(shù)據(jù)中心主流液冷技術(shù)
2024/11/06
浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心主流液冷技術(shù)如今，隨著人工智能的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心越來越被重視。而數(shù)據(jù)中心的發(fā)展需要大量的IT設(shè)備，這些設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行將產(chǎn)生大量熱量，需要不斷被散發(fā)。為了保證數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運(yùn)行，降溫散熱是必不可少的。當(dāng)前液冷技術(shù)是數(shù)據(jù)中心散熱的主流技術(shù)之一，并且在行業(yè)中逐漸成熟。數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施分為風(fēng)冷技術(shù)和液冷技術(shù)兩種，風(fēng)冷技術(shù)使用空氣作為冷媒，通過空氣與發(fā)熱部件接觸換熱實(shí)現(xiàn)散熱的冷卻方式；而液冷技術(shù)則是以液體作為冷媒的冷卻方式，利用液體將數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到設(shè)備外，從而冷卻IT設(shè)備。針對不同的應(yīng)用場景，液冷技術(shù)相對于風(fēng)冷技術(shù)存在以下優(yōu)劣勢：散熱效率方面：液冷技術(shù)的散熱效率比風(fēng)冷技術(shù)更高，能夠更好的將熱量傳遞到設(shè)備外。適應(yīng)惡劣環(huán)境：相比風(fēng)冷散熱，液冷散熱技術(shù)可以適應(yīng)多粉塵等惡劣場景，有效避免充電模塊故障率高和噪音大的問題。噪音方面:相比風(fēng)冷散熱，液冷散熱技術(shù)由于沒有風(fēng)扇，噪音更低。能源效率方面:液冷技術(shù)相比風(fēng)冷技術(shù)能夠更好地降低PUE值，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。液冷技術(shù)類型及優(yōu)劣勢液冷技術(shù)分為冷板式、浸沒式和噴淋式，不同的液冷技術(shù)有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢。冷板式液冷是一種間接接觸型液冷，將冷板固定在散熱對象上，液體在冷板內(nèi)流動(dòng)將設(shè)備熱量傳遞帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。浸沒式液冷是一種直接接觸型液冷，將服務(wù)器等有散熱需求的IT設(shè)備完全浸沒在冷卻液體中，使其表面與液體接觸，并通過液體傳導(dǎo)熱量，實(shí)現(xiàn)散熱。噴淋式液冷是一種局部噴淋冷卻方式，將冷卻介質(zhì)噴射到IT設(shè)備中高溫部件的附近，利用蒸發(fā)冷卻的原理將熱量帶走。三種的液冷技術(shù)有不同的優(yōu)劣勢：冷板式液優(yōu)勢：散熱均勻，可靠性高，維護(hù)方便。缺點(diǎn)：成本高，僅適合高性能計(jì)算和更高規(guī)格的機(jī)房。浸沒式液冷優(yōu)勢：散熱效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定，具備性價(jià)比優(yōu)勢。缺點(diǎn)：維護(hù)難度較大，要求機(jī)房水平大，不利于維護(hù)和管理。噴淋式液冷優(yōu)勢：散熱快速，節(jié)能降耗，操作便利。缺點(diǎn)：適應(yīng)范圍較窄，不適合高密度服務(wù)器和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，成本較高。國內(nèi)液冷企業(yè)布局目前國內(nèi)主要的液冷企業(yè)有多家，例如阿里、華為、浪潮、涂鴉等。這些企業(yè)在數(shù)據(jù)中心散熱領(lǐng)域都有不同程度的布局和實(shí)踐。1.阿里：阿里是國內(nèi)液冷技術(shù)應(yīng)用的先鋒，早在2015年就開始在自建的數(shù)據(jù)中心采用液冷技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心散熱，目前已經(jīng)有數(shù)十個(gè)數(shù)據(jù)中心采用液冷技術(shù)，其中以冷板式液冷為主。2.華為：華為推出了一種以浸沒式液冷為核心的液冷技術(shù)方案，通過將機(jī)架完全浸入液體實(shí)現(xiàn)散熱。在未來的數(shù)據(jù)中心方案中，華為將大力推廣液冷技術(shù)，減少數(shù)據(jù)中心的能源消耗。3.浪潮：浪潮公司也進(jìn)行了大量的液冷技術(shù)研究和實(shí)踐，其中以冷板式和噴淋式液冷為主。4.涂鴉：涂鴉公司在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域主要采用噴淋式液冷技術(shù)，其機(jī)房周邊環(huán)境可視性高、兼容性強(qiáng)，維護(hù)方便等優(yōu)勢，幾年前在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了機(jī)房液冷散熱方案的商用應(yīng)用?？偟膩碚f，液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用具有高效、穩(wěn)定、可靠、節(jié)能等優(yōu)勢。各大企業(yè)也在不斷進(jìn)行液冷技術(shù)研究和實(shí)踐，在量產(chǎn)化和成本方面不斷優(yōu)化。液冷技術(shù)的發(fā)展將為數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能減排做出更大的貢獻(xiàn)。針對目前液冷技術(shù)的變化，櫻花化研研發(fā)和生產(chǎn)了一款由棕櫚油提煉而成，可生物降解，綠色環(huán)保冷卻液。產(chǎn)品特點(diǎn)：理想的氧化安定性，能廣泛適用于各種溫控散熱場合電氣絕緣性能優(yōu)異，能安全接觸關(guān)鍵電器元件低粘度，散熱性能優(yōu)異，能在溫控系統(tǒng)中很好的流動(dòng)散熱。環(huán)境特性：低毒性低溫室效應(yīng)可生物降解，對于土壤和水源地友好冷卻性能評價(jià)：電話：021-64953666
