日本語前沿科技
新能源動力電池PACK結構與一體壓鑄的變遷
2024/11/06
在電池PACK結構簡化的過程中，不同結構與材料的增加或減少使用以及傳統結構件在生產供應的格局上均發生較大變遷。圖：CTP電池包結構下各生產環節增量與產業遷移梳理PART01結構件：電池托盤的生產工藝變化沖壓擠壓/壓鑄：當期擠壓將代替沖壓，遠期壓鑄正在局部嘗試鋁擠壓工藝相比于傳統的沖壓等生產工藝，具有高剛性、抗震動、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型材焊接的焊縫質量問題，一體化壓鑄可較好的解決。③從生產成本的角度，無需投資多種鋁型材的設備，一體壓鑄僅需一臺壓鑄設備，整體工藝生產流程簡化。圖：鋁合金電池托盤PART02CTC后底盤開啟一體化壓鑄新紀元特斯拉引領汽車制造工藝創新極簡，開啟一體化壓鑄新紀元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，且車身生產工藝流程大幅簡化，制造時間由傳統沖壓-焊裝-涂裝-總裝制造工藝的1-2小時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也已披露下線，主要構成包括左右車輪罩、潰縮吸能區、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構端面，整體重量約為130kg。當前，特斯拉正在探索一體化壓鑄的進一步集成，將整個車輛的結構構成大大簡化為四個部分：①前艙一體式壓鑄總成+②乘員艙結構壓鑄總成+③一體化電池結構壓鑄總成+④后底板一體化壓鑄總成。圖：新能源車車身結構簡化與集成其中，據特斯拉發布會介紹，其利用3個大型壓鑄件（前底板+CTC電池包+后底板）替換由370個零件組成的整個下車體總成，實現整體減重10%，續航增加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之路1一體化壓鑄相對傳統工藝，極大的提升了汽車車身的生產效率傳統車身的制造工藝包括沖壓-焊裝-涂裝-總裝等多個流程。主車廠采購由全國各供應商通過沖壓、壓鑄制造的多個結構件，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不同形狀、不同材料的零件焊接而成。任一零件的誤差波動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效率與集成質量。據特斯拉數據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，零件數量比Model3減少79個，由于應用了新的免熱處理合金材料，因此省去了熱處理環節，制造時間由傳統工藝的1-2小時縮減至120-180s。且只有一個零件，無需開發過多的工裝設備，也大幅降低大量零件連接帶來的誤差累計，提升制造精度。2一體化壓鑄有效實現了汽車輕量化需求據中國汽車工程學會給出的國內汽車輕量化分階段目標來看，國內汽車制造輕量化趨勢也在不斷加速推進。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成本一方面，大幅降低了生產線成本。在原有的有生產技術成本（沖壓、焊裝、涂裝、總裝）框架下，傳統生產70個零部件，每個零部件均需布置機器和模具，以及生產線周邊的機器臂、傳輸線、夾具等；而一體化壓鑄成型僅需一臺大型壓鑄機和一套模具，工藝流程簡化過后其它耗材和設備的減少、機加工簡化、物料運輸、壓鑄成本都更小；且省去了熱處理設備和過程、省去了塑型設備[修復熱處理后的變形]和過程、省去了鈍化設備和過程、省去了結構膠等，綜合經濟性能更好。另外，一臺大型壓鑄機占地面積僅100平方米，根據埃隆-馬斯克的表示，采用大型壓鑄機后，工廠占地面積減少了30%。另一方面，大幅降低人力成本。國內主流汽車工廠一個焊裝工廠大概配套200-300名生產線工人，采用一體壓鑄技術后，所需的技術工人也將大幅減少。據特斯拉在2020年電池日發布會上表示，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，加速布局新能源車底盤一體化壓鑄項目，行業景氣高增1各新能源車廠加速跟進推進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，以準備生產的下一代全電動汽車。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。其中關鍵一項是使用6000T鎖模力的巨型壓鑄機生產汽車后底板，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電池廠商寧德時代深度布局電池包結構壓鑄2021年8月，寧德時代與上海臨港簽訂合作協議，擬投資28億元建設一體化電動底盤項目。2022年2月19日基地正式開工。項目涉及布局包括先進材料、系統結構、極限制造和商業模式創新在內的四大創新體系。3壓鑄廠商亦高度受益行業景氣高增，單車價值量大幅提升，市場空間廣闊除車廠采購壓鑄機自研一體化壓鑄后底盤外，車身結構件的壓鑄廠商以及電池包和電驅動殼體的壓鑄廠商同樣進行著一體化壓鑄業務的布局。在當前新能源車銷量高增以及大型壓鑄件使用不斷擴張背景下，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效率4一體化壓鑄對設備-模具-工藝配套流程要求更高，技術壁壘明顯，競爭格局更優一體化壓鑄設備-模具-材料-工藝集成綜合壁壘高在設備端，大型一體化成型件需要采用高噸位壓鑄機，當前國內外各壓鑄機設備廠商開始實現大型壓鑄機研制突破。為了滿足大尺寸部件的制造要求，且同時保證其強度和量產效率，一體化壓鑄對壓鑄機的鎖模力、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，具有較高的技術難度。各主車廠及第三方壓鑄廠紛紛采購超大噸位壓鑄機來實現業務拓展布局。在模具端，大型壓鑄產品結構復雜，對模具的要求亦進一步增加。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。傳統壓鑄工藝中，需要使用到熱處理等工序來提高零部件的機械性能、耐腐蝕性能等。但加熱冷卻過程中產生的熱脹冷縮效應，帶來零部件的形變誤差，特別是對于一體化的大體積部件，進一步放大了變形風險。在壓鑄工藝端，將設備-模具-材料大要素有機地加以綜合運用在當前仍具備較高的技術壁壘，其關鍵點在于能穩定的、有節奏的和高效的生產出外觀、內在質量好、尺寸符合要求的合格鑄件。同樣，櫻花扎根中國20年，金屬壓鑄脫模應用在各領域，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的壓鑄機臺都能見到櫻花各種最新型號的脫模產品。高配比的脫模產品進一步幫助制造企業降低工耗，提高良品率，最大程度上優化了部件成本，提高了效率。歡迎合作伙伴來電咨詢相關產品信息電話：021-64953666END
儲能熱管理新型方案——讓未來更可持續
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儲能的升級方向，對儲能熱管理提出更高要求。當前，0.5C和1C的電化學儲能電池為儲能項目主流，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入危險爆發期的速度更快，儲能熱管理的換熱效率需要進一步提高。充放電倍率為1C的電池熱失控過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冷為未來趨勢。液冷方案具有比風冷更高的換熱效率，由于液體的比熱容、導熱系數高于氣體，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冷低3-5℃。同時液冷方案不需要設計風道，部分產品的占地面積可節約50%以上。相同功耗下液冷電池包的最高溫度比風冷低3-5℃電化學儲能、新能源汽車、數據中心溫控的區別？電化學儲能溫控電化學儲能溫控核心在于提升使用壽命與安全性，對于溫控設備空間限制較為寬松。電化學儲能常見場景在室外，更強調溫控設備的使用壽命、穩定性以及溫控方案的運維成本，對設備的體積、重量等要求相對寬松。目前風冷方案占比更大，隨著新能源電站、離網儲能向更大電池容量、更高系統功率密度轉化，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、乘倉的溫控需求。由于動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。數據中心（IDC）溫控數據中心溫控追求制冷功率提升與數據中心電力使用效率（PUE）的降低。AIGC的發展加速芯片算力提升，帶來功耗大幅上升，IDC溫控強調散熱效率跟上芯片功耗提升速度。此外，PUE=數據中心總設備能耗/IT設備能耗，在PUE政策收緊的背景下，熱管理效率需要進一步提升，浸沒式、噴淋式液冷散熱方案得到進一步推廣。電化學儲能、新能源汽車、IDC溫控的橫向對比儲能集中式、集散式熱管理有何區別，需求情況如何？按照溫控系統的工作對象不同，儲能熱管理可以分為集中式和集散式熱管理。集中式熱管理一個集裝箱由一套熱管理系統維護，功率較高，一般為40kw及以上。儲能集裝箱集中式散熱結構集散式熱管理對集裝箱內的多個電池柜分別進行熱管理，強調溫度的精細化控制，目前主要由2.5-4kw機組向6-8kw機組升級過渡。儲能集裝箱集散式散熱結構從價格上來看，集散式熱管理相較于集中式出廠價更高，但集散式對熱量的管理更精細化，整體效率更高，因此LCoS（全生命周期成本/累計傳輸的電能量）反而更低。目前海外市場更強調全生命周期成本，國內市場則更看重方案的招標價格。未來熱管理的形態？冷板式液冷是最常見的間接接觸式液冷技術，浸沒式液冷是最常見的直接接觸式液冷技術。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，發展速度最快，均價低于浸沒式。熱管理未來可能的發展趨勢：1）風冷將被替代，2）冷板式向浸沒式發展，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，設備單位時間產熱量大幅提升，溫控系統熱交換效率的提升是行業大勢。風冷將逐步被液冷替代，浸沒式液冷隨著冷卻液的價格下降滲透率有進一步提升的可能，以集裝箱為熱管理目標的外置式熱管理或許是熱管理方案進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的變化，櫻花化研研發和生產了一款由棕櫚油提煉而成，可生物降解，綠色環保冷卻液。具有優異的介電常數，優異的氧化安定性，擊穿電壓高，良好的導熱性能以及絕緣性能。產品特點理想的氧化安定性，能廣泛適用于各種溫控散熱場合電氣絕緣性能優異，能安全接觸關鍵電器元件低粘度，散熱性能優異，能在溫控系統中很好的流動散熱。環境特性低毒性低溫室效應可生物降解，對于土壤和水源地友好冷卻性能評價歡迎合作伙伴來電咨詢相關產品信息電話：021-64953666
浸沒式液冷——數據中心主流液冷技術
2024/11/06
浸沒式液冷數據中心主流液冷技術如今，隨著人工智能的不斷發展，數據中心越來越被重視。而數據中心的發展需要大量的IT設備，這些設備的持續運行將產生大量熱量，需要不斷被散發。為了保證數據中心的穩定運行，降溫散熱是必不可少的。當前液冷技術是數據中心散熱的主流技術之一，并且在行業中逐漸成熟。數據中心的基礎設施分為風冷技術和液冷技術兩種，風冷技術使用空氣作為冷媒，通過空氣與發熱部件接觸換熱實現散熱的冷卻方式；而液冷技術則是以液體作為冷媒的冷卻方式，利用液體將數據中心IT設備內部元器件產生的熱量傳遞到設備外，從而冷卻IT設備。針對不同的應用場景，液冷技術相對于風冷技術存在以下優劣勢：散熱效率方面：液冷技術的散熱效率比風冷技術更高，能夠更好的將熱量傳遞到設備外。適應惡劣環境：相比風冷散熱，液冷散熱技術可以適應多粉塵等惡劣場景，有效避免充電模塊故障率高和噪音大的問題。噪音方面:相比風冷散熱，液冷散熱技術由于沒有風扇，噪音更低。能源效率方面:液冷技術相比風冷技術能夠更好地降低PUE值，從而達到節能減排的目的。液冷技術類型及優劣勢液冷技術分為冷板式、浸沒式和噴淋式，不同的液冷技術有其自身的特點和優劣勢。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，液體在冷板內流動將設備熱量傳遞帶走，實現散熱。浸沒式液冷是一種直接接觸型液冷，將服務器等有散熱需求的IT設備完全浸沒在冷卻液體中，使其表面與液體接觸，并通過液體傳導熱量，實現散熱。噴淋式液冷是一種局部噴淋冷卻方式，將冷卻介質噴射到IT設備中高溫部件的附近，利用蒸發冷卻的原理將熱量帶走。三種的液冷技術有不同的優劣勢：冷板式液優勢：散熱均勻，可靠性高，維護方便。缺點：成本高，僅適合高性能計算和更高規格的機房。浸沒式液冷優勢：散熱效果好，系統穩定，具備性價比優勢。缺點：維護難度較大，要求機房水平大，不利于維護和管理。噴淋式液冷優勢：散熱快速，節能降耗，操作便利。缺點：適應范圍較窄，不適合高密度服務器和超大規模數據中心，成本較高。國內液冷企業布局目前國內主要的液冷企業有多家，例如阿里、華為、浪潮、涂鴉等。這些企業在數據中心散熱領域都有不同程度的布局和實踐。1.阿里：阿里是國內液冷技術應用的先鋒，早在2015年就開始在自建的數據中心采用液冷技術進行數據中心散熱，目前已經有數十個數據中心采用液冷技術，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方案，通過將機架完全浸入液體實現散熱。在未來的數據中心方案中，華為將大力推廣液冷技術，減少數據中心的能源消耗。3.浪潮：浪潮公司也進行了大量的液冷技術研究和實踐，其中以冷板式和噴淋式液冷為主。4.涂鴉：涂鴉公司在數據中心領域主要采用噴淋式液冷技術，其機房周邊環境可視性高、兼容性強，維護方便等優勢，幾年前在國內率先實現了機房液冷散熱方案的商用應用。總的來說，液冷技術在數據中心中的應用具有高效、穩定、可靠、節能等優勢。各大企業也在不斷進行液冷技術研究和實踐，在量產化和成本方面不斷優化。液冷技術的發展將為數據中心的穩定運行和節能減排做出更大的貢獻。針對目前液冷技術的變化，櫻花化研研發和生產了一款由棕櫚油提煉而成，可生物降解，綠色環保冷卻液。產品特點：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異，能安全接觸關鍵電器元件低粘度，散熱性能優異，能在溫控系統中很好的流動散熱。環境特性：低毒性低溫室效應可生物降解，對于土壤和水源地友好冷卻性能評價：電話：021-64953666
