Neue Energie-Kühlplatten-Wärmelösungen
In einem Batteriesystem wird ein Metallkühler, der zum Befüllen durch indirekten Kontakt mit flüssigkeitsgekühltem Arbeitsmedium geeignet ist, als Flüssigkeitskühlung bezeichnet. Flüssigkeitsgekühlte Platten sind in der Regel Metallplatten oder -rohre, die aus Schleifwerkzeugen aus Aluminiumlegierung extrudiert oder gestanzt, geschweißt und geformt werden. Es gibt drei Arten des Schweißens für flüssigkeitsgekühlte Platten: Hartlöten, Reibrührschweißen und Hartlöten ohne Lot.
Das Lötverfahren wird häufig beim herkömmlichen Schweißen von Automobilkühlern eingesetzt. Dabei wird flüssiges Lotmaterial verwendet, um das Grundmaterial zu benetzen, den Grenzflächenspalt zu füllen und mit dem Grundmaterial zu diffundieren, um die geschweißten Teile zu verbinden. Der Vorteil des Schweißens besteht darin, dass komplexe Strukturen geschweißt werden können und die Dicke der geschweißten Teile sehr dünn sein kann. Beim Reibrührschweißen handelt es sich um ein Schweißverfahren, bei dem die durch die gegenseitige Bewegung und Reibung zwischen Schweißkopf und Werkstückstirnfläche entstehende Wärme genutzt wird, um am Ende einen thermoplastischen Zustand zu erreichen. Diese Art des Schweißens erfordert eine ausreichende Festigkeit des Werkstücks. Auf der Basis des Hartlötens wird materialfreies Hartlöten entwickelt, wodurch Dicke und Gewicht der geschweißten Teile minimiert werden können.
Die Flüssigkeitskühlungstechnologie umfasst hauptsächlich drei Arten: Kühlplatten-Flüssigkeitskühlung, Tauchflüssigkeitskühlung und Sprühflüssigkeitskühlung. Bei der Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung handelt es sich um eine Methode, bei der die Wärme von stark erhitzenden Komponenten wie Serverchips indirekt über die Kühlplatte zur Wärmeableitung auf die Flüssigkeit übertragen wird, während schwach erhitzende Komponenten weiterhin durch Luftkühlung gekühlt werden. Bei der Immersionsflüssigkeitskühlung ist der Server vollständig in das Kühlmittel eingetaucht
Die vom Heizelement erzeugte Wärme wird direkt auf das Kühlmittel übertragen, das durch die Zirkulationsströmung oder den Verdampfungs-Kondensations-Phasenwechsel des Kühlmittels abgeführt wird. Unter diesen handelt es sich bei der Zirkulationsströmung des Kühlmittels um eine einphasige Immersionsflüssigkeitskühlung und bei der Verdampfungskondensationsphasenänderung des Kühlmittels um eine Phasenänderungsimmersionsflüssigkeitskühlung. Die Steuerung der Phasenwechsel-Immersionsflüssigkeitskühlung ist komplexer und erfordert höhere Anforderungen. Bei der Sprühflüssigkeitskühlung handelt es sich um eine Kühlmethode, bei der Kühlflüssigkeit direkt auf Heizeinheiten wie Chips gesprüht wird und die Wärme durch konvektive Wärmeübertragung abgeführt wird. Derzeit sind die Kühlplatten-Flüssigkeitskühlung und die einphasige Immersions-Flüssigkeitskühlung die Hauptformen.
Im Trend der Chip-Evolution steigt der Stromverbrauch des Chip-TDP-Designs weiter an, wobei ein einzelner Stromverbrauch 350 W und ein einzelner sogar 500 W erreicht, was in Zukunft weiter zunehmen wird. Derzeit können verschiedene Flüssigkeitskühlungstechnologien den langfristigen Chip-Wärmeableitungsbedarf in der Zukunft decken, und es gibt weiteren Raum für Verbesserungen. Beispielsweise kann die Flüssigkeitskühlung mit einer Kühlplatte den Kontaktwärmewiderstand verringern, das Mikrokanaldesign kann die Wärmeübertragung verbessern und die Flüssigkeitskühlung durch Eintauchen und Sprühen kann Strömungsfelder verbessern.
Bezüglich der Auswahl des Kühlmittels gibt es in der Industrie Optionen wie 25 %ige Ethylenglykollösung, Propylenglykollösung, entionisiertes Wasser usw. Die Konzentration von 25 % ist kein konstanter Wert und kann zwischen 20 % und 30 % liegen. Die Konzentration sollte nicht zu hoch sein, da dies Auswirkungen auf die Strömungs- und Wärmeableitungsleistung des Arbeitsmediums hat. Es sollte auch nicht zu niedrig sein und darf keine Rolle bei der Frostschutzmittel- und Mikrobenhemmung spielen. Wenn die Konzentration über 20 % liegt, können Ethylenglykollösung und Propylenglykollösung eine gewisse hemmende Wirkung auf Mikroorganismen haben. Entionisiertes Wasser hat eine gute Wärmeübertragungsleistung, eine extrem niedrige Leitfähigkeit, einen ausgereiften Herstellungsprozess und ist ungiftig und sicher. Es gehört zu den alternativen Kühlflüssigkeiten, allerdings sollte auf die Pflege der Kühlflüssigkeit geachtet werden.
Künftig müssen Thermodesigningenieure die Richtung der technologischen Entwicklung genau erfassen und aktiv Diskussionen und Analysen zu Flüssigkeitskühlungsanwendungen führen. Heben Sie innovative und kohlenstoffarme Entwicklung hervor, führen Sie aktiv Forschung und Pilotversuche zur Flüssigkeitskühlungstechnologie durch und bieten Sie effiziente und stabile thermische Lösungen für das Wärmemanagement der Energiespeicherung.
