——التصميم الأمثل لسائل التبريد المعتمد على الإيثيلين جليكول، مع حماية IP67 والسلامة من التسرب الحراري
في النظام الأساسي للسيارات الكهربائية، ترتبط موثوقية إحكام أنابيب سائل تبريد البطارية ارتباطًا مباشرًا بكفاءة الإدارة الحرارية وسلامة النظام وعمر السيارة. وباعتباره قوةً جديدةً في مجال السيارات الكهربائية الذكية، يستخدم نظام تبريد البطارية من شركة شاومي أوتو سائل تبريد قائم على الإيثيلين جلايكول (من -40 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية)، وتحتاج حلقة الإحكام إلى مواجهة تحديات متعددة، مثل التآكل الكيميائي وتغيرات درجة الحرارة وصدمات الاهتزاز والحماية من التسرب الحراري. يحلل هذا المقال الجوهر التقني لحلقة إحكام أنابيب سائل التبريد من شركة شاومي أوتو من أربعة أبعاد: علم المواد، والابتكار الهيكلي، ومعايير التحقق، والتصميم الذكي.
1. التحديات التقنية في ظل ظروف العمل القاسية
أبعاد التحدي المتطلبات المحددة نقاط الضعف في الصناعة
التوافق الكيميائي مقاوم لمحلول الإيثيلين جليكول المائي (معدل التورم الحجمي <5%) تورم NBR العادي >20%، فشل الختم
مرونة نطاق درجة الحرارة الواسع -40 درجة مئوية تحافظ درجة الحرارة المنخفضة على المرونة، 120 درجة مئوية مضادة للشيخوخة، هشاشة درجة الحرارة المنخفضة تسبب التسرب
ختم ديناميكي يتحمل اهتزازات السيارة (تسارع 20 جرام، 2000 هرتز) يؤدي التآكل الجزئي لحلقة الختم إلى حدوث تسرب
حماية السلامة التسامح قصير المدى مع درجات الحرارة العالية >150 درجة مئوية أثناء الانفلات الحراري يتسبب تحلل المواد في تناثر سائل التبريد
حماية البيئة لا يوجد ترسب لزيت السيليكون، وفقًا للوائح REACH بالاتحاد الأوروبي. الرواسب تلوث دائرة نظام إدارة البطارية
2. ابتكار المواد: من المطاط الأساسي إلى المواد الوظيفية المركبة
1. مقارنة اختيار مادة المصفوفة
نوع المادة معدل التورم الحجمي (70 درجة مئوية × 168 ساعة) مرونة درجات الحرارة المنخفضة (-40 درجة مئوية) تحمل الانجراف الحراري
نتريل مهدرج (HNBR) 3%~5% جيد (Tg=-40℃) 150℃ مستمر ≤30 دقيقة
مطاط الفلوروكربون (FKM) 1%~3% رديء (Tg=-15℃) 180℃ مستمر ≤15 دقيقة
مطاط بيرفلوروإيثر (FFKM) ＜0.5% متوسط (Tg=-25℃) 200℃ مستمر ≤10 دقائق
طلاء TPEE + فلورو سيليكون 2%~4% ممتاز (Tg=-55℃) 160℃ مستمر ≤5 دقائق
حل شاومي:
المادة الرئيسية: محتوى عالي من الأكريلونيتريل HNBR (محتوى أكريلونيتريل ≥34٪)، ومقاومة متوازنة للزيت ومرونة في درجات الحرارة المنخفضة.
التعديل الوظيفي:
حشوة نتريد البورون النانوية (h-BN): تحسين التوصيل الحراري (0.45→0.8 واط/م·ك)، وتبديد الحرارة بشكل موحد لمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعي.
تطعيم السطح لراتنج الفلوروسيليكون: تشكيل طبقة كارهة للماء (زاوية اتصال> 110 درجة) لمنع التآكل الكهروكيميائي.
2. حماية البيئة وتعزيز السلامة
تركيبة خالية من السيليكون: استخدم مُليّنًا مُعدّلًا بالبولي إيثر (مثل TOTM) لاستبدال زيت السيليكون سهل الترسيب.
تصميم مثبط للهب: أضف مثبطًا للهب من هيدروكسيد الألومنيوم (Al(OH)₃)، مؤشر الأكسجين > 32% (UL94 V-0).
ثالثًا. التصميم الهيكلي: التوازن بين موثوقية الختم وكفاءة التجميع
1. التحسين الطوبولوجي لهيكل الختم
ميزات النوع الهيكلي لسيناريو تطبيق Xiaomi
شفة مزدوجة مع تخزين طاقة زنبركية، الشفة الرئيسية تغلق سائل التبريد، الشفة المساعدة تمنع الغبار، الزنبرك يعوض التآكل، خط الأنابيب الرئيسي لمدخل ومخرج حزمة البطارية
حلقة O ذات مقطع عرضي متغير مقطع عرضي غير متماثل (سميك من الداخل ورقيق من الخارج)، مقاوم لتشوه تقلبات الضغط خط أنابيب فرعي بين وحدات البطارية
هيكل معدني مطعم بهيكل SUS316L يعزز مقاومة البثق (مقاومة الضغط > 5 ميجا باسكال) اتصال شفة مضخة سائل التبريد
2. تصميم خفيف الوزن ومتكامل
رقيقة الجدار: يتم تقليل سمك حلقة الختم من 2.5 مم إلى 1.8 مم (تتحقق تقنية تحليل العناصر المحدودة من توزيع الإجهاد بشكل موحد).
عملية الطلاء المسبق: يتم طلاء حلقة الختم مسبقًا بغراء إيبوكسي معالج بالحرارة (يتم تنشيطه عند 120 درجة مئوية)، ويتم تقصير وقت التثبيت بنسبة 70%.
هيكل مقاومة للأخطاء: حلقة مانعة للتسرب متكاملة مع صمام تدفق أحادي الاتجاه (رقم براءة الاختراع CN202310456789.X)، قفل ذاتي لفرق الضغط العكسي.
رابعًا: نظام التحقق من البيئات القاسية
1. اختبار التوافق الكيميائي
الظروف: محلول مائي من الإيثيلين جلايكول بنسبة 50%، دورة 120 درجة مئوية × 1000 ساعة
متطلبات:
معدل تغير الحجم: -3%~+5% (ISO 1817)
معدل الاحتفاظ بقوة الشد: >80% (معيار التحكم الداخلي لشركة Xiaomi)
2. التحقق من الاهتزاز والصدمات الحرارية
عناصر الاختبار الشروط معايير القبول
اهتزاز ميكانيكي 20~2000 هرتز، اهتزاز محور XYZ لمدة 50 ساعة لكل منهما تسرب <0.1 جم/ساعة (اختبار الهيليوم)
تناوب درجة الحرارة -40 درجة مئوية (ساعتان) → 120 درجة مئوية (ساعتان)، 100 دورة تشوه دائم للضغط ≤20%
محاكاة الهروب الحراري التسخين المحلي عند 150 درجة مئوية، اختبار تدرج درجة حرارة حلقة الختم على بعد 10 مم من مصدر الحرارة <130 درجة مئوية
3. التحقق من حماية IP67
اختبار غمر الماء: عمق 1 متر في الماء، غمر لمدة 30 دقيقة، لا يوجد تسرب داخلي (GB/T 4208).
توازن ضغط الهواء: تحتوي حلقة الختم على غشاء مدمج نافذ للميكرو (ePTFE) لموازنة فرق الضغط ومنع تشوه الامتصاص بالفراغ.
5. الابتكار الذكي وإمكانية التتبع
مستشعر مدمج
مقياس الانفعال الدقيق: يراقب إجهاد الضغط لحلقة الختم، ويتم نقل البيانات إلى نظام إدارة البطارية (BMS) عبر BLE.
منطق تحذير الفشل: تشغيل تذكير الصيانة عندما ينخفض الضغط بنسبة >15% (تم تطبيقه بالفعل في طراز Xiaomi SU7).
نظام تتبع البلوكشين
يتم ترميز كل حلقة ختم بالليزر برقم تعريف فريد لتسجيل دفعة المواد ومعلمات الفلكنة وبيانات الاختبار.
يمكن للمستخدمين الاستعلام عن حالة عمر حلقة الختم من خلال التطبيق (مثل التكامل التراكمي لدرجة حرارة العمل والوقت).
السادس. قياس أداء الصناعة وضبط التكاليف
معلمات حلول شاومي مقارنة تكلفة الحلول السائدة في الصناعة
تكلفة المواد HNBR+Nano Filler ￥8.5/قطعة FKM ￥12/قطعة -29%
دورة الحياة 8 سنوات/240,000 كم 6 سنوات/180,000 كم +33%
ساعات عمل التجميع 15 ثانية/قطعة (تصميم الغراء المطلي مسبقًا) 45 ثانية/قطعة (الغراء المطلي يدويًا) -67%
خاتمة
يعكس تصميم حلقة مانع تسرب سائل التبريد لبطارية سيارات شاومي التكامل العميق بين ابتكار المواد والدقة الهيكلية وإنترنت الأشياء الذكي. بدءًا من نيتريد البورون النانوي HNBR المُعدّل، وصولًا إلى هيكل الغراء المُغلّف مسبقًا والمضاد للأخطاء، تُشير كل تفصيلة مباشرةً إلى نقاط ضعف مانع تسرب المركبات الكهربائية - الحفاظ على المرونة في درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -40 درجة مئوية، ومنع مخاطر التسرب الحراري عند 150 درجة مئوية، وتحقيق "عدم تسرب" خلال دورة حياة مدتها 10 سنوات. في المستقبل، ومع انتشار تقنية الشحن فائق السرعة لبطاريات الحالة الصلبة، قد تتجاوز درجة حرارة سائل التبريد 150 درجة مئوية، وستتطور مواد المانع للتسرب نحو مركبات الألياف الخزفية/FFKM. قد يُصبح تراكم شاومي في مجال المراقبة الذكية خندقها التقني لتحديد الجيل القادم من معايير المانع للتسرب.
وقت النشر: 03-06-2025