Placas frías para soldadura fuerte al vacío: una guía 2025 para soluciones térmicas para vehículos eléctricos de alto rendimiento

I. Introducción: opciones de fabricación en la gestión térmica de vehículos eléctricos

El mercado de vehículos eléctricos (EV) está creciendo rápidamente. Los vehículos eléctricos necesitan un alto rendimiento. Esto significa largas autonomías de conducción y tiempos de carga rápidos. Estos dos factores requieren una alta densidad de potencia. La alta densidad de potencia crea enormes desafíos de gestión térmica. Los paquetes de baterías y la electrónica de potencia (inversores) deben mantenerse dentro de un rango de temperatura estrecho.

La placa de enfriamiento es un componente crítico. Tiene dos trabajos principales. Primero, debe proporcionar un control uniforme de la temperatura en todas las celdas. En segundo lugar, debe ofrecer una alta confiabilidad estructural para soportar las condiciones de la carretera.

Introducimos la soldadura fuerte al vacío como técnica de fabricación clave. Es un proceso de unión en estado líquido. Destaca en la creación de estructuras internas complejas . También es superior para minimizar la resistencia térmica de la interfaz..

Este artículo analiza el papel de la soldadura fuerte al vacío en el sector de los vehículos eléctricos. Lo comparamos con la soldadura por fricción y agitación (FSW). Detallamos el valor único de la soldadura fuerte. Te explicamos sus mejores escenarios de aplicación.

II. Tecnología de soldadura fuerte al vacío: la principal ventaja de rendimiento

Esta sección se centra en los principios fundamentales de la soldadura fuerte. Explica cómo este proceso ofrece mejoras cruciales en el rendimiento de las placas frías de los vehículos eléctricos.

A. Principio de soldadura fuerte: unión metalúrgica sin fundente

La soldadura fuerte al vacío es un método de unión preciso. Se realiza en un horno de vacío controlado. Este entorno de horno es esencial.

Entorno de vacío y acción capilar

1. Preparación: Se ensamblan los componentes (la placa base y las aletas). Entre ellos se coloca un metal de aportación, la aleación de soldadura fuerte. La aleación de soldadura fuerte tiene un punto de fusión más bajo que el material original (generalmente aluminio).

2. Vacío: El conjunto ingresa al horno de vacío. El vacío evita la oxidación. Esto elimina la necesidad de fundente químico corrosivo.

3. Vinculación: La temperatura aumenta. La aleación de soldadura se funde. Fluye hacia los espacios entre las aletas y la placa base. Utiliza la acción capilar para llenar toda la articulación.

4. Solidificación: La aleación se enfría. Forma una unión metalúrgica perfecta entre los componentes.

La ventaja clave es la limpieza. Este proceso elimina los huecos y los residuos de fundente. Garantiza que el recorrido térmico sea completo y robusto.

B. Beneficios de rendimiento de las placas frías soldadas

La unión metalúrgica proporciona importantes ventajas térmicas.

Minimización de la resistencia térmica de la interfaz

La soldadura fuerte logra casi el 100% de contacto metal con metal . El metal de aportación llena todos los huecos microscópicos. Esto garantiza la menor resistencia térmica posible de la interfaz (Rinterface). Esto es vital para transferir calor rápidamente desde la base a los canales de enfriamiento.

Diseño complejo de canales de flujo interno

La soldadura fuerte permite la integración de estructuras internas complejas. Puede incorporar aletas corrugadas o geometrías de microcanales especializadas. Estos diseños complejos aumentan significativamente el área de la superficie de transferencia de calor por convección ($ ext{A}_{ ext{conv}}$). Este aumento de área mejora directamente el rendimiento térmico de la placa fría.

III. Selección de proceso en EV: soldadura fuerte versus FSW

Elegir el proceso de fabricación adecuado es una decisión de ingeniería clave. Debemos comparar el valor único de la soldadura fuerte al vacío con la soldadura por fricción y agitación (FSW).

A. Ventajas e idoneidad de FSW (soldadura por fricción y agitación)

FSW es ​​un proceso de unión de estado sólido. Es una técnica ampliamente aceptada en la industria de los vehículos eléctricos, particularmente para el aluminio.

Ventajas clave de FSW

• Alta resistencia: FSW produce una costura de soldadura fuerte y sin defectos. Esto es importante para la integridad estructural.

• Sin material de relleno: No utiliza material de relleno. Esto reduce la posible incompatibilidad de materiales.

• Rentable para escalar: Es rápido y escalable para piezas grandes y simples.

Escena de aplicación FSW

FSW es ​​más adecuado para placas base de baterías de vehículos eléctricos grandes, planas y de una sola capa . Estas aplicaciones priorizan la confiabilidad estructural y la economía de escala. Requieren vías de flujo simples y fuertes.

B. Valor único y aplicaciones clave de la soldadura fuerte en vacío

La soldadura fuerte al vacío ofrece capacidades especializadas que FSW no puede igualar. Estas capacidades son cruciales para los componentes de alta potencia.

Escenario uno: inversores y sistemas de carga de alta potencia

Los módulos inversores (que utilizan chips IGBT o SiC) tienen una densidad de flujo de calor extrema. Requieren la resistencia térmica más baja (Rth). Las placas frías soldadas (especialmente las hechas de cobre o híbrido cobre/aluminio) son la mejor opción en este caso.

Escenario dos: placas frías híbridas de cobre y aluminio

La soldadura fuerte puede unir de manera confiable componentes de cobre y aluminio. Esto es casi imposible con FSW o soldadura estándar. Esta característica es vital para los diseños híbridos. Estos diseños utilizan una base de cobre (para una alta conductividad térmica cerca del chip) y una placa de flujo de aluminio (para reducir el peso y el costo). La soldadura fuerte proporciona el camino térmico robusto necesario entre los dos metales diferentes.

Escenario tres: estructuras de enfriamiento de doble cara y múltiples capas

La soldadura fuerte permite a los ingenieros conectar múltiples capas de canales de flujo en una sola pasada. Esto crea estructuras de refrigeración multifuncionales y altamente integradas. Esto se utiliza para el enfriamiento de celda a placa donde se necesita eliminación de calor por ambos lados. Este nivel de complejidad estructural es difícil de lograr con las simples costuras de soldadura de FSW.

IV. Desafíos de diseño y optimización térmica de Winshare

La soldadura fuerte ofrece un alto rendimiento. Pero introduce desafíos de diseño específicos en el entorno de aplicaciones de vehículos eléctricos. Winshare Thermal se especializa en gestionar estos desafíos.

A. Optimización del diseño: equilibrio entre el rendimiento y la caída de presión

El alto rendimiento de las placas frías soldadas proviene de una geometría interna compleja.

Geometría de las aletas y gestión de la caída de presión

Las aletas complejas (como las aletas corrugadas) aumentan drásticamente la eficiencia de la transferencia de calor. Sin embargo, también provocan un aumento significativo de la caída de presión (DeltaP). Un DeltaP alto aumenta el consumo de energía de bombeo. El diseño debe encontrar el punto de equilibrio óptimo. Winshare utiliza simulación CFD (dinámica de fluidos computacional) avanzada. Esta herramienta ayuda a los ingenieros a analizar la ruta del flujo. Garantiza la máxima transferencia de calor dentro del presupuesto $Delta ext{P}$ disponible del cliente.

Garantizar la uniformidad de la distribución del flujo

Los canales soldados complejos pueden sufrir un flujo desigual. El fluido prefiere el camino de menor resistencia. Esto conduce a canales hambrientos y puntos calientes. Winshare diseña colectores internos y divisores de flujo precisos. Esto garantiza que cada canal reciba el mismo caudal. Garantiza una eficiencia de refrigeración constante en toda la superficie.

B. Desafíos de fabricación y confiabilidad de la soldadura fuerte

La industria de los vehículos eléctricos tiene estándares de calidad estrictos (como TS16949). La soldadura fuerte debe cumplir con estos estándares para la producción en masa.

Estándares de calidad y limpieza de vehículos eléctricos

El proceso de soldadura fuerte es extremadamente sensible a la limpieza. Cualquier impureza o residuo de aceite en la materia prima se vaporizará en el vacío. Esto crea defectos. Impide que la aleación de soldadura fluya correctamente. Winshare emplea procesos de limpieza rigurosos de varias etapas. Nos aseguramos de que los materiales estén impecables antes de ingresar al horno. Este estricto control de calidad garantiza uniones soldadas sin defectos.

Prevención de la corrosión galvánica

Cuando se utilizan placas frías híbridas de cobre y aluminio, la corrosión galvánica es un riesgo. Para soldar se debe utilizar una aleación de soldadura inerte y adecuada. El diseño también debe aislar los materiales. Esto evita que la propia aleación de soldadura se convierta en un lugar de corrosión. La selección adecuada de materiales y refrigerantes es vital. Garantiza la confiabilidad a largo plazo requerida para la vida útil de 10 años de un vehículo.

V. Conclusión: Toma de decisiones para la gestión térmica futura

La selección del proceso para las placas de refrigeración de vehículos eléctricos es un compromiso de ingeniería fundamental.

• FSW es ​​la opción dominante para la refrigeración de bases de baterías grandes, livianas y escalables . Ofrece una estructura robusta y un bajo costo en volumen.

• La soldadura fuerte al vacío es la opción fundamental para aplicaciones de rendimiento extremo, alta integración estructural y materiales mixtos . Esto incluye inversores de alta potencia y baterías de carga rápida de alta densidad.

La tendencia en el mercado de vehículos eléctricos es clara. La arquitectura de 800 V y la carga ultrarrápida se están convirtiendo en estándar. Esto aumenta drásticamente las demandas térmicas de las placas de refrigeración. El requisito de una menor resistencia térmica pronto superará la simple resistencia estructural en estas áreas de alta potencia. La soldadura fuerte al vacío será cada vez más esencial para estos componentes de alta densidad de potencia.

Winshare Thermal es líder en fabricación de refrigeración avanzada. Dominamos las tecnologías FSW y Vacuum Brazing. Proporcionamos una selección de procesos precisa en función de su TDP, preferencia de materiales y requisitos de costos. Contáctenos para diseñar una solución de enfriamiento personalizada que satisfaga las demandas del mercado de vehículos eléctricos de 2025 y más allá.

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