冷板(chillplate, Cold plate)是作為水冷散熱系統對熱影響很關鍵的一個部件,熱設計的目的就是要在有限的空間內通過對產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Pump的P-Q,產品使用的環境等,滿足散熱性能。
提升冷板的散熱性能主要依靠:
1)改善流場。使流體在流道內有足夠長的回路(要考慮符合的壓降,以免影響流量),流道內的液體吸熱均勻,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。由于工業冷板的功耗通常都比較大,以千瓦級計,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。
冷板因為要布置流道,所以通常采用上下板塊結合的方式,基體采用CNC機械加工流道或者大批量制造的壓鑄基體及鑄造與埋管的結合工藝,另外也可以輔助其他的如深孔加工的方式;蓋板采用CNC機械加工或者其他諸如沖壓、水切割等方式制作。基體與蓋板采用焊接的方式加以連接,形成一體化的水冷板。焊接面和管道結合孔盡量避開吸熱面;管道接頭依客戶要求,需要考量螺紋連接方式,規格,強度等。
水冷板的強度。采用深孔加工,或者盡量小面積焊接是提高強度的方法;可以分多處小塊焊接,盡量避免大面積蓋板焊接
水冷板的承壓和泄漏測試
依照客戶規格對產品性能進行測試
承壓和泄露測試。水冷板通常要求產品測試壓力為正常使用壓力的2~3倍,保壓時間一般在15~120min之間。
冷板材料上,目前業內主要采用的是鋁合金,銅的導熱效果更好,但成本要貴得多,所以不是主流方向,在非電池包領域有應用;對于提高導熱界面的導熱效率,主要是在導熱界面材料TIM上做功夫,由之前的空氣介質,到后來的導熱墊,再到目前的導熱膠,TIM的導熱效果在不斷提高。
沖壓流道和凸包這種大平板式的冷板設計迎合了當前快充和大模組、CTP的設計思路,是當前的主要應用趨勢。另外,根據是否存在模組、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計思路。