热设计网

动力电池用冷板分类及工艺科普

热设计

来源:洞见热管理


00 引言


在新能源汽车飞速发展的浪潮中,电池安全与性能始终是核心议题。而电池热管理系统,就像为电池装上了 “智能温控器”;动力电池热管理是指通过各种技术手段,对动力电池在充放电过程中的温度进行控制,使其保持在适宜的工作温度范围内,以提高电池的性能、延长使用寿命、确保安全运行。


液冷技术是通过液体对流换热,将电池产生的热量带走,从而降低电池温度的技术,是目前市场上最主流的冷却方案。


image.png


直冷技术是利用冷媒蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从完成对电池系统冷却的作业。


image.png


动力电池液冷及直冷技术作为核心热管理技术,默默守护着电池的 “体温”。液冷板与直冷板正是支撑这两大核心技术发挥作用的关键部件,它们在保障动力电池高效、安全运行方面意义重大。


image.png

随着动力电池能量密度提升与快充技术普及,冷板技术正经历从“被动导热”到“主动控温”、从“单一材料”到“复合结构”的升级跨越。

本期洞见热管理针对动力电池热管理液冷技术的核心组件——冷板,介绍其原理和制造方式及分类。


01 液冷板:流动的 “散热高手”


液冷板(Liquid Cold Plate,简称LCP)是液冷热管理系统的关键执行部件,直接接触热源,通过内部流道中冷却液的循环流动将电池产生的热量带走。其核心功能在于建立一条从电芯到外部冷却回路的高效传热路径
液冷板的主要类型有12345

1.1 液冷板的类型

(1)冲压式液冷板:以铝合金板材为原料,通过冲压工艺打造出复杂的冷却液流道。这种类型流道设计灵活,能与电池紧密贴合,热交换效率高,非常适合动力电池 CTP、CTC 等一体化设计,是当前新能源汽车的主流选择

image.png

(2)挤压式液冷板:采用铝合金型材挤压成型,两面平整,可同时与多个电芯接触,散热面积大。它结构简单、成本较低,但流道设计灵活性稍逊,更适用于对成本敏感的车型

image.png

(3)口琴管式液冷板:流道呈口琴状,两端设有集流体,结构简单、成本低,但内部流向固定,设计灵活性有限,多用于小型新能源汽车

image.png

(4)蛇形管式液冷板:专为圆柱电芯模组设计,轻量化且生产效率高,能为圆柱电池提供均匀的散热,特斯拉等车企曾广泛采用。

image.png


1.2 液冷板制造工艺
液冷板的制造是 “精雕细琢” 的过程。首先是铝热传输材料的加工,通过复合、冷轧等工艺,确保材料性能均匀、尺寸精确;然后是芯体组装与焊接,真空钎焊、搅拌摩擦焊等技术的应用,保证了冷板的密封性与导热性;最后经过严格的气密性检测,确保产品无泄漏隐患。

动力电池液冷板的制造工艺主要有以下几种:

  • 埋管工艺原理:在铝基板上通过CNC加工铣槽,将已弯好形状的铜管压入槽中,再进行钎焊焊接,最后进行后加工成水冷板。特点:成本较低,加工难度相对较小,但换热效果一般,承重能力较差

  • 型材+焊接工艺原理:利用挤压工艺将冷板流道直接成型,再通过机加方式打通循环,通常采用摩擦焊接、钎焊焊接等焊接工艺进行密封。特点:生产效率高,成本低,但不适用于散热密度过大的应用,且表面不适合太多螺丝孔,否则会限制水道走向或降低可靠性。

  • 机加工+焊接工艺原理:通过机加工的方式在铝/铜底板上加工水槽道,然后通过组装、焊接等方式,制作成完整的冷板。特点:冷板可以是平面内的任意形状和深度,适合功率密度较大、热源布局不规则、空间受限的热管理产品,但在动力电池系统中应用较少。

  • 压铸+焊接工艺原理:压铸工艺将冷板流道直接成型,再通过焊接工艺进行密封。特点:工艺控制良好,制程稳定,具备批量交付能力,但需在工艺上控制压铸杂质、气孔等问题,避免漏水。


  • 冲压+钎焊工艺原理:通过冲压工艺将铝板一体成型流道,内部可集成翅片增强换热,然后通过可控气氛钎焊或真空钎焊进行焊接。特点:流道设计灵活度高,接触面积大,散热性能较好,适用于高热密度场景,但模具成本高。

  • 铲齿+钎焊工艺原理:底部贴近热源的部位,采用铲齿工艺加工得到细密的齿,然后与冷板上盖、进出水嘴一起通过高温钎焊焊接在一起。特点:换热效率高,体积小,非常适合服务器高功率芯片的散热,但在动力电池系统中应用较少。



1.3 液冷板制造工艺演进
液冷板制造的核心挑战在于流道密封性、焊接强度与轻量化三大关键指标,近年来工艺创新正推动行业快速升级。

(1)搅拌摩擦焊(FSW):高可靠密封工艺的代表
FSW是一种固态焊接技术,通过高速旋转的搅拌头摩擦生热实现材料塑性连接,其优势显著:
零熔化焊接:避免热裂纹与气孔,焊缝强度达母材95%以上,杜绝冷却液渗漏风险;
异种材料兼容:支持铝、铜、镁等轻质材料焊接,无需填充剂,降低制造成本;
支持复杂流道:可焊接3D曲面与微通道,优化热传递效率。

国内代表企业万宇科技已在合肥、昆山等地建立四大制造基地,为新能源汽车、6G基站等领域提供全制程FSW液冷板服务。

image.png


(2)激光焊接:迈向智能化与高效率
在铝合金液冷板焊接中,传统工艺面临高反光率、氧化层穿透难、高速焊变形等痛点。华工激光推出的“动力电池液冷板激光自动化焊接智能装备”,融合光束能量调控技术与智能控制系统,实现三大突破:高反铝材稳定深熔焊、微流道精密密封、焊接变形量降低40%以上

image.png


(3)复材灌装工艺:轻量化与热扩散协同设计
针对航空航天与高端电动车对轻量化的极致需求,复合材料液冷板成为新方向。西安聚变材料科技的方案是:金属外壳体内掏空形成薄壁腔体、填充高导热粉末(密度<2.0g/cm³)与粘结剂混合体、热压固化后焊接底封板隔离。该设计使液冷板重量降低30%,同时保持高导热性,满足大尺寸电路模组散热需求。

02 直冷板:直接接触的 “散热先锋”


与液冷板不同,直冷板通过与电池表面直接接触进行热传导。直冷板一般放置在电池模组的底部,制冷剂在流经直冷板过程中相变吸热,将电池所产生的热量带离系统。直冷板无需冷却液循环系统,结构更简单,响应速度更快,能在短时间内快速降低电池局部温度。

平板式直冷板:采用高导热材料制成,表面平整光滑,能与电池模组紧密贴合,适用于结构规整的电池包。

image.png

异形直冷板:根据电池模组的形状定制,可贴合不规则的电池表面,确保每个电芯都能得到有效散热,在个性化电池设计中应用广泛。制造工艺:精准贴合是关键

直冷板的制造核心在于材料选择与加工精度。通常采用高纯度铝合金或铜等导热性能优异的材料,通过 CNC 加工、激光切割等工艺打造出与电池完全匹配的形状。表面处理工艺也十分重要,经过阳极氧化或涂层处理后,直冷板的耐腐蚀性与导热性能得到进一步提升。

03 产业链:从原料到终端的协同合作


液冷板与直冷板的产业链如同精密咬合的齿轮组,从上游原材料供应到下游终端应用,形成环环相扣的生态闭环。

在上游原材料领域,两者共享着相似的核心基材供应链,以中铝集团和紫金矿业为代表;进入中游核心部件制造环节,两者的关联性进一步深化。液冷板的精密冲压、焊接工艺与直冷板的蚀刻、折弯技术,常常依托同一批具备精密加工能力的配套企业,以银邦科技和三花控股为代表;到了下游应用端,这种紧密联系体现得更为直观。在新能源汽车电池热管理系统中,液冷板负责电池组的均匀降温,直冷板则承担局部高功率元件的快速散热,两者的性能参数需要严格匹配才能实现整体散热效率的最优化,这就要求车企在供应链管理中,将两类产品的供应商纳入统一的质量管控体系

image.png

  • 上游:以中铝集团、紫金矿业等为代表的金属原材料企业提供高品质的铝、铜等材料,为冷板的性能奠定基础
  • 中游:银邦股份、华锋铝业等企业负责铝热传输材料的生产;银轮股份、纳百川、苏州小得热能科技等则专注于冷板的加工制造,将原材料转化为合格的产品
  • 下游:新能源汽车车企是主要应用领域,同时冷板也在储能、服务器等领域发挥着重要作用,为各类设备的散热保驾护航。


04 总结


目前,动力电池用冷板行业竞争格局尚未完全定型,但集中度呈逐步提升态势。部分企业凭借先发优势、技术研发实力与客户资源积累,在市场中占据领先地位。如银邦股份,2016 年起积极布局新能源领域,2018 年前后成为全球新能源动力电池水冷板材料主供方,占据重要市场份额,并与宁德时代签订长期合作协议,拟在 2022 - 2026 年期间供应不低于 36 万吨水冷板材料 。华峰铝业、格朗吉斯、常铝股份等企业也在该领域积极布局,综合发力铝合金散热材料、新能源车用铝板带箔材等业务。

在这样的行业背景下,冷板制造与设计的每一次突破都牵动着整个产业链的神经。当 “主动控温” 成为技术升级的核心方向,当 “复合结构” 对加工工艺提出更高要求,如何在激烈的市场竞争中找准技术路线、优化生产流程、平衡成本与性能,成为所有从业者必须直面的课题


网站末尾图片.png

标签: 电源电力 点击: 评论:

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: