CN111326827A - 一种液冷散热板制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用粘接取代传统焊接的液冷散热板制作工艺，具体为：首先将金属原材料加工成组成成品液冷散热板所需要的半成品，并对半成品进行全部或部分清洗和清洁；再加工或选取金属粘接胶，将金属粘接胶预固定在半成品a上；接着将半成品b及除半成品a和半成品b之外的其它半成品c装配至已经固定有金属粘接胶的半成品a上，并将所有半成品固定形成成品形状；然后保温保压一定时间，使其形成成品液冷散热板；最后进行成品检测和对检测合格的产品进行包装，从而完成整个液冷散热板制作。本发明工艺简单、实用、可靠，免却了传统制造工艺中金属焊接工艺，大大简化了液冷散热板的制造难度，并提高了生产效率。

Description

一种液冷散热板制作工艺
技术领域
本发明涉及锂电池新能源领域，具体涉及锂电池的液冷散热板生产制作领域。
背景技术
在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展新能源汽车作为解决能源及环境问题、实现可持续发展的重大举措，各汽车生产企业也将新能源汽车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向。随着新能源电动汽车的发展，电池技术的突破已经成为限制电动汽车大规模上市的重要原因之一，电池的容量和安全性尚待突破，而续航里程越高要求的电池容量也越高，其工作时的发热功率也越大，为电池的安全使用带来隐患，因此如何快速带走电池热量显得尤为重要。目前，电池冷却主要有风冷和液冷两种形式，而液冷的冷却效果更佳。液冷散热板作为电池组热管理系统的重要组成部分，主要通过液冷板流道内的冷却液体流动实现电池组散热。对液冷板进行合理的流道设计可以有效提高散热器的散热功能，延长电池组的使用寿命。
目前应用在动力电池领域的液冷散热板主要工艺是，金属加工之后通过焊接方式进行连接来完成液冷散热板的制作。通常主要的焊接方式有熔焊、压焊和钎焊三类。熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法；熔焊时热源将待焊工件接口处迅速加热熔化形成熔池，因此熔焊的焊接接头处要能够支撑熔池，而薄的金属材料可能由于强度较低而出现熔穿导致漏液，所以不太适合熔焊。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接；压焊时焊接接头处受压力较大，薄的金属材料强度不足容易出现变形、甚至导致局部结构破坏而出现泄漏风险。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法；钎焊焊接需要使用钎料熔化后润湿工件，因此存在润湿不充分而导致局部出现漏焊而导致泄露风险；同时钎焊由于加热温度低于工件熔点，因此会加入具有腐蚀性的钎剂来提高焊接效果，钎焊中的残余钎剂不能被完全去除，残留的钎剂会降低焊接接头强度和造成焊接接头部位处出现腐蚀性缺陷，长期使用过程中存在较高的泄露风险。
综上，焊接方式是工业中比较成熟的连接方式，然而可靠的焊接接头对母材和接头部位的结构要求较为严格，并且由于焊接工艺本身的特点，一些厚度较薄、结构较为复杂、有特殊功能要求的液冷散热板，难以直接通过金属焊接来实现，只能牺牲部分散热性能来满足工艺要求。常用的焊接方法，对于薄型材料间的复合困难、容易变形或因漏焊、薄型材料破坏而发生漏液。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种液冷散热板制作工艺，用以解决现有技术中液冷散热板流道结构受现有工艺限制而导致的散热效果不理想的问题和连接接头部位的性能降低及易腐蚀性问题。
为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
S1.材料成形：通过挤出成型、铸造、冲压、机加工、折弯、激光、线切割工艺将金属原材料加工成组成成品液冷散热板所需要的半成品，所述半成品至少包括承托粘接胶的半成品a和用于粘接连接在半成品a上的半成品b；
S2清洗：对所有半成品进行全部或部分清洗和清洁；
S3.粘接胶预固定：根据半成品a与其余半成品相互间的贴合形状将金属粘接胶预固定在半成品a上；
S4.半成品装配：将除半成品a之外的其余半成品装配至已经固定或定位有金属粘接胶的半成品a上，并将所有半成品固定形成成品形状的结合体；
S5.固化粘接：将结合体放入温度压力可控的设备中，通过控制设备温度和压力，并保温保压一定时间，形成成品液冷散热板；
S6.检测：将成品从设备及工装中取出，对成品进行外观检测和性能检测；
S7.包装：对检测合格的产品进行包装。
进一步地，所述步骤S3粘接胶预固定中，金属粘接胶为有机材料的胶、树脂或其它有机材料，其通过模切、转印、点胶工艺的方式固定或定位在半成品a上。
进一步地，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为片状结构，仅包含一层材料，其材料可以是亲金属改性材料，从而保证粘接胶和金属材料的粘结强度和密封性。
进一步地，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶可为含有两层或两层以上不同性质的材料构成的片状结构，该金属粘接胶与金属相贴接的所在层为亲金属改性材料的粘接层，从而保证粘接胶和金属材料的粘结强度和密封性；为了保证该金属粘接胶自身的强度、耐高温性能和密封性，其它层可根据需要分别增加增强结构层、高熔点材料层和高密实度材料层等功能层。
进一步地，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为液体胶，在常温常压及一定的保存条件下，胶体为液态。该液体胶其主要组成部分为亲金属改性材料或添加亲金属改性材料的基本材料，次要组成成分可包含或不包含提高金属粘接胶相应性能的助剂、填充材料，如为了提高粘接胶的强度、耐久性和密封性，可以在胶体中分别添加增强材料、抗老化助剂和高密实度材料等。
进一步地，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为片状结构的固体材料粘接胶时，所述粘接胶预固定为先根据半成品a与其余半成品相互间的贴合形状相加工与其贴合形状相匹配的金属粘接胶，再将金属粘接胶预固定在半成品a上。
进一步地，所述步骤S2清洗中，清洗和清洁为采用水性溶剂、有机溶剂、超临界流体、等离子体或激光工艺方式清洗清洁中的一种或几种。
进一步地，所述步骤S5固化粘接中，所述设备温度控制为50～200℃，压力控制为0～10MPa，保温保压时间为1min～120min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明工艺能够实现结构较为复杂、有特殊功能要求的液冷散热板的制作，实施过程简单、实用，且可靠性较高。
2.相对于传统焊接工艺(温度超过或接近母材熔点)，本发明工艺操作温度较低，不会对母材造成性能上的降低；免却了传统制造工艺中金属焊接工艺，大大简化了液冷散热板的制造难度，并提高了生产效率。
3.本发明工艺所用的材料中不含有对母材有腐蚀性的材料，因此不会产生如传统钎焊中存在的腐蚀性钎剂残留。
4.本发明工艺改善了现有液冷散热板结构设计理念，使得液冷散热板结构设计灵活性高，可根据具体需求，设计最优的液冷散热板流道结构，实现液冷散热板的散热效果最优化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
附图说明
图1为本发明实施例的液冷散热板结构分解图。
图2为本发明实施例的装配有成品形状的工装结构示意图。
图3为本发明实施例液体胶时粘接胶预固定的局部示意图。
图4为本发明实施例液体胶时半成品装配的局部结构示意图。
图5为本发明实施例单层固态胶时粘接胶预固定的局部示意图。
图6为本发明实施例单层固态胶时半成品装配的局部结构示意图。
图7为本发明实施例多层固态胶时粘接胶预固定的局部示意图。
图8为本发明实施例多层固态胶时半成品装配的局部结构示意图。
图中各标号及其对应的部件名称为：
1.半成品a； 2.金属粘接胶； 21.粘接层；
22.功能层； 3.半成品b； 4.工装；
5.结合体。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种液冷散热板制作工艺，包括以下工艺步骤：
S1.材料成形：通过挤出成型、铸造、冲压、机加工、折弯、激光、线切割工艺将金属原材料加工成组成成品液冷散热板所需要的半成品，所述半成品至少包括承托粘接胶的半成品a1和用于粘接连接在半成品a1上的半成品b3。
S2清洗：采用水性溶剂、有机溶剂、超临界流体、等离子体或激光工艺等方式中的一种或几种，对所有半成品进行全部或部分清洗和清洁。
S3.粘接胶预固定：根据半成品a1与其余半成品相互间的贴合形状，借助工装4将金属粘接胶2预固定在半成品a1上。其中，金属粘接胶2可为液体胶或片材状的有机材料的胶、树脂或其它有机材料的固态胶，其通过模切、转印、点胶等工艺方式固定或定位在半成品a1上。金属粘接胶为固态胶时，粘接胶预固定为先根据半成品a与其余半成品相互间的贴合形状相加工与其贴合形状相匹配的金属粘接胶，再将金属粘接胶预固定在半成品a上。
S4.半成品装配：如制作成成品液冷散热板的半成品仅为半成品a1和半成品b3，则通过工装4将半成品b3装配至已经固定有金属粘接胶的半成品a1上，并通过工装4将半成品a1和半成品b3固定，形成成品形状的结合体；如制作成成品液冷散热板的半成品除半成品a和半成品b之间还有其它半成品c的话，将半成品b以及除半成品a和半成品b之外的其它半成品c均装配至已经固定有金属粘接胶的半成品a上，并通过工装4(本实施例中工装可用于对产品进行定位、并在其上进行组装，然后施压成型，可以理解为上下结构或其它结构形式的具有与产品形状相匹配的内腔的压装工装)将所有半成品固定，形成成品形状的结合体5。
如图3和图4所示，其中，该金属粘接胶可以为液体胶，其在常温常压及一定的保存条件下，胶体为液态。液体胶主要组成部分可以是亲金属改性的材料或能添加亲金属改性材料的基体材料。为了提高粘接胶的强度，可以在胶体中添加增强材料；为了提高粘接胶的耐久性，可以在胶体中添加抗老化助剂等；为了提高粘接胶的密封性，可以增加高密实度材料等。在粘接胶预固定和半成品装配时，将金属粘接胶2预固定在半成品a1上，然后半成品b3装配至已经固定有金属粘接胶的半成品a1上，使其形成成品形状的结合体5。
如图5-8所示，其中，该金属粘接胶为片状结构，可为单层片状材料，此材料可以是亲金属改性材料，从而保证粘接胶和金属材料的粘接强度和密封性；也可包含两层或多层不同性质的材料；该金属粘接胶与金属半成品相贴合的粘接层21为亲金属改性材料，从而保证粘接胶和金属材料的粘接强度和密封性；其它的功能层22可以是为了保证粘接胶的强度而增加的增强结构层、为了提高粘接胶的耐高温性能而增加的高熔点材料层和为了降低气体等的渗透率而增加的高密实度材料层中的一种或多种，在粘接胶预固定和半成品装配时，将金属粘接胶2预固定在半成品a1上，然后半成品b3装配至已经固定有金属粘接胶的半成品a1上，使其形成成品形状的结合体5。
前述的液体胶视应用条件和工艺要求，可以选用高分子粘结剂也可以是无机粘结剂材料。优选的高分子粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、醇酸树脂、聚丙烯酸及其衍生物、有机硅等热固性树脂，该类热固性树脂可以是单组份也可以是多组分构成，初期可以软化流动，加热到一定温度或加入固化剂固化后，产生化学反应，交联固化。前述的高分子粘结剂也可以是热塑性高分子树脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等热塑性塑料；该类热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动，冷却变硬的过程是物理变化。前述的无机粘结剂有硅酸盐、磷酸盐、氧化物、硫酸盐和硼酸盐等多种，可根据实际状况使用其中一种或多种混合。同时，考虑无机粘结剂材料的脆性，可通过有机和无机材料的混合提高粘结层的综合性能。
S5.固化粘接：将装配有结合体的工装4放入温度压力可控的设备中，通过控制设备温度和压力，并保温保压一定时间，使所有半成品粘接成一整体，形成成品液冷散热板。其中，设备温度控制为50～200℃，压力控制为0～10MPa，保温保压时间可根据产品不同，使用不同的定制参数，优选为1min～120min。
S6.检测：将成品从设备及工装中取出，对成品进行外观检测和性能检测；
S7.包装：对检测合格的产品进行包装。
与现有工艺及技术相比，本发明工艺能够实现结构较为复杂、有特殊功能要求的液冷散热板的制作，实施过程简单，且可靠性较高；相对于传统焊接工艺(温度超过或接近母材熔点)，本发明工艺操作温度较低，不会对母材造成性能上的降低；此外，本发明工艺所用的材料中不含有对母材有腐蚀性的材料，因此不会产生如传统钎焊中存在的腐蚀性钎剂残留；本发明工艺还改善了液冷散热板结构设计流程，使得液冷散热板结构设计灵活性高，可根据具体需求，设计最优的液冷散热板流道结构，实现液冷散热板的散热效果最优化。例如，通过在液冷板流道内壁设置扰流筋或扰流柱或同时设置扰流筋和扰流柱，从而增大流场的紊流程度，增大雷诺数，同时增大对流换热系数，最终增强液冷板的冷却能力，提高液冷散热板的散热效果，延长电池组的使用寿命，保证电池和新能源汽车的安全性。而且，液冷散热板可以是一种柔性状态，可以在一定形变允许范围内在尺寸和/或结构特征变动。也可以定制液冷散热器的流道特征，通过三维流道等设计，保证液体在整个流场内部的分布均匀性及速度分布，减小流场整体压降，降低驱动系统(泵)的功耗，提升整体效率。
本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
S1.材料成形：通过挤出成型、铸造、冲压、机加工、折弯、激光、线切割工艺将金属原材料加工成组成成品液冷散热板所需要的半成品，所述半成品至少包括承托粘接胶的半成品a和用于粘接连接在半成品a上的半成品b；
S2清洗：对所有半成品进行全部或部分清洗和清洁；
S3.粘接胶预固定：根据半成品a与其余半成品相互间的贴合形状将金属粘接胶预固定在半成品a上；
S4.半成品装配：将除半成品a之外的其余半成品装配至已经预固定有金属粘接胶的半成品a上，并将所有半成品固定形成成品形状的结合体；
S5.固化粘接：将结合体放入温度压力可控的设备中，通过控制设备温度和压力，并保温保压一定时间，形成成品液冷散热板；
S6.检测：将成品从设备及工装中取出，对成品进行外观检测和性能检测；
S7.包装：对检测合格的产品进行包装。
2.根据权利要求1所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S3粘接胶预固定中，金属粘接胶为有机材料的胶或树脂，其通过模切、转印、点胶工艺的方式固定或定位在半成品a上。
3.根据权利要求2所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为单层片状结构粘接胶。
4.根据权利要求2所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为两层或两层以上的片状结构粘接胶。
5.根据权利要求2所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S3粘接胶预固定中，所述金属粘接胶为液体胶。
6.根据权利要求3或4任一项所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S3粘接胶预固定为先根据半成品a与其余半成品相互间的贴合形状相加工与其贴合形状相匹配的金属粘接胶，再将金属粘接胶预固定在半成品a上。
7.根据权利要求1所述的一种液冷散热板制作工艺，其特征在于，所述步骤S2清洗中，清洗和清洁为采用水性溶剂、有机溶剂、超临界流体、等离子体或激光工艺方式清洗清洁中的一种或几种。
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