东吉散热水冷板散热器液冷板安装灵活功率大热流密度大热阻小

冷板(chillplate, Cold plate)是作为水冷散热系统对热影响很关键的一个部件，热设计的目的就是要在有限的空间内通过对产品流道的合理布置从而有效的降低冷板的热阻。布置流道就是要在客户的限制条件下如冷板的尺寸，流体的流量，流体特质Pump的P-Q，产品使用的环境等，满足散热性能。

提升冷板的散热性能主要依靠：

1）改善流场。使流体在流道内有足够长的回路(要考虑符合的压降,以免影响流量)，流道内的液体吸热均匀，通常采用的方法有:Pin fin组,扭旋片，wave channel等。

2）增加吸热面积。流体接触冷板吸热端的面积足够，吸热效果才能更好。增加面积的方法有：skiving, CNC铣槽，crimp fin，铝挤压fin片等。

3）冷板吸热面平面度、粗糙度及厚度。由于工业冷板的功耗通常都比较大，以千瓦级计，所以冷板的平面度、粗糙度及厚度都对冷板的热阻有很大的影响。

2.水冷板的结构设计

1）材料。水冷板材料通常使用铝、铜、不锈钢等，其中以铝使用广泛。铝材料密度小，导热系数高，次于铜，而且三者当中为便宜，因此产品。

2）密封。水冷板的密封方式主要有O-Ring密封，焊接。O-Ring密封的方式适合在小压力的情况下，需要考虑O-ring的耐高温和耐老化问题；焊接可以使整个冷板形成一体性，具备很高的可靠性和耐久性。北京百明盛达科技发展有限公司目前主要提供焊接水冷板，焊接方法包括真空钎焊、搅拌摩擦焊接等。

3）水冷板的焊接方式有：氮气保护钎焊，真空钎焊，氩弧焊，搅拌摩擦焊等。焊接方式的选用与材质和产品的厚度有关，氮气保护钎焊和真空钎焊通常适用于产品壁薄，质量小的产品如热交换器，雷达天线等,焊接母材通常选用AL3003,AL4004,AL4045,AL4043等；氩弧焊接由于起弧温度高，加上有氩气保护，可以焊接任意形式铝材，但是由于氩焊温度高，焊接的母材需比较厚，焊接时容易产生局部变形，焊缝需要后加工处理，加工面有砂眼，裂纹等缺陷。氩焊通常采用手工操作，具有不稳定性。搅拌摩擦焊接特别适用于铝合金的焊接，具有缺陷率低、绿色环保的技术特点，是厚壁较大型的冷板制作的焊接工艺。以上无论何种焊接方式，焊缝周围都需要注意材料无杂质，否则影响焊接产生缺陷。

4）冷板因为要布置流道，所以通常采用上下板块结合的方式，基体采用CNC机械加工流道或者大批量制造的压铸基体及铸造与埋管的结合工艺，另外也可以辅助其他的如深孔加工的方式；盖板采用CNC机械加工或者其他诸如冲压、水切割等方式制作。基体与盖板采用焊接的方式加以连接，形成一体化的水冷板。焊接面和管道结合孔尽量避开吸热面;管道接头依客户要求，需要考量螺纹连接方式，规格，强度等。

焊接设计要注意：

Ø采用氩弧焊接需要开适合焊接的斜坡口；

Ø钎焊、搅拌摩擦焊需要严格控制焊缝的间隙，间隙在0.05~0.10mm之间；

Ø无论何种焊接方式对焊料的选择都焊料与母材的材质相近，否则因产品处于盐溶液当中产生原电池反应腐蚀焊缝。

Ø对于焊接会产生变形，焊接前产品需对厚度留有余量，以免后加工使产品尺寸无法

5）水冷板的强度。采用深孔加工，或者尽量小面积焊接是提度的方法；可以分多处小块焊接，尽量避免大面积盖板焊接

3. 水冷板的承压和泄漏测试

1）依照客户规格对产品性能进行测试

2）承压和泄露测试。水冷板通常要求产品测试压力为正常使用压力的2~3倍，保压时间一般在15~120min之间。

Ø干燥的空气通入产品，保压2小时，产品放入水中或者焊缝涂上肥皂液观察产品是否泄露。鉴于气体的可压缩性，气体测试通常比较危险，产品若承受不了气体的高压，压缩气体瞬间释放能量会产生爆炸，该方法在实际操作中较少使用

Ø蒸馏水或者纯净水通入产品，保压2小时，产品置空气中观察是否渗水或冒水。许多细小的泄露通常会冒极小的水珠，观察上时好用放大镜在灯光下观察。

以上两种测试方法都要注意操作方法：

在产品首批测试的时候，由于无法知道产品确切的能抗多少压力，所以测试的时候不可一次性将产品内通入大的压力，可以逐步从低压(20%,50%测试压力)往产品内通入介质，保压3~5分钟，观察产品是否变形、泄露，后增加至测试压力，观察是否泄露变形，产品在无法抵抗压力爆裂前都会变形，可以通过量块检查平面度来检测。

以某产品需要测试10kg/cm2为例，首件产品先通入2kg压力，保压10分钟，观察无异样，然后通入5kg，后才通入7kg，再至10kg。验证产品可以抵抗10kg压力后，后续测试依照2kg 3分钟，5kg 3分钟，10kg 10分钟测试(具体按照客户要求或者设计规格)

3）检验压力测试系统的安全性，设置泄压阀。为防止水压机或水管漏水，测试的地方需要注意漏电保护。

一般说来，水冷板为无风机设计，辅以动态、、智能化的冷却技术可以有效降低制冷能耗的成本，实现、准确的热量交换，其缺点是存在意外漏水的弊端，因此，对水冷板的加工制作工艺提出了很高的要求。
是一些大功率器件，如SVG、变频器、逆变器、IGBT等等，这些器件都可以使用水冷板散热器进行散热，而且散热效果非常好。
推动水冷板不断迭代和发展的一个重要因素是：提高导热效率。
提高导热效率通常有以下几种方案：
（1）提高冷板与电芯的接触面积；
（2）提高冷板与电芯之间界面的导热率；
（3）提高冷板自身（材料）的导热性能；
（4）调整流道设计，提高流体自身的换热效果；
（5）不同冷板布置方案。
冷板材料上，目前业内主要采用的是铝合金，铜的导热效果更好，但成本要贵得多，所以不是主流方向，在非电池包领域有应用；对于提高导热界面的导热效率，主要是在导热界面材料TIM上做功夫，由之前的空气介质，到后来的导热垫，再到目前的导热胶，TIM的导热效果在不断提高。
在上述两点确认后，冷板设计的重心基本就集中到了提高冷板与电芯的接触面积、调整流道设计，提高流体自身的效果上来。这种变化我们可以从法雷奥对于不同充电功率所需冷却效果（综合换热系数）的划分上对比来看。
冲压流道和凸包这种大平板式的冷板设计迎合了当前快充和大模组、CTP的设计思路，是当前的主要应用趋势。另外，根据是否存在模组、界面材料TIM、箱体和电芯，这4者与冷板的位置来划分，冷板至少有6种的布置方案，其中箱体集成水冷板是目种比较受欢迎的设计思路。
Innerfins的设计思路在功率电子电气方面应用得较多，在电池系统领域还没有看到应用的量产案例，但国内有企业在做这块。
材料这块，除了金属，有些材料企业在尝试塑料冷板的方案，这是个很有惊喜的方向，期待有量产的方案出来。
超级快充对于电池的冷却提出了更高的要求，好的冷却方案往往是这5点匹配下来的一个系统性工作，是考验每家企业综合设计能力的时候。