V systému tepelného managementu elektromobilů je těsnění chladicího potrubí klíčovou technologií pro zajištění účinnosti tepelného čerpadla, dojezdu a environmentální bezpečnosti. Společnost Xiaomi Automobile používá pokročilý systém s dvojitým chladivem na bázi tepelného čerpadla s oxidem uhličitým (R744) a R1234yf. Těsnění potrubí musí dosáhnout celoživotního nulového úniku v teplotním rozsahu -40 ℃ až 150 ℃ a maximálního nadkritického tlaku 300 barů. Tento článek podrobně analyzuje technologický průlom společnosti Xiaomi v oblasti těsnění chladicího potrubí ze čtyř hledisek: materiálové vědy, strukturální inovace, inteligentního monitorování a technologie výrobní linky.
1. Extrémní výzvy těsnění chladiva
1. Charakteristiky média a provozní podmínky
Parametry Systém R1234yf Problémy s těsněním systému R744 (CO₂)
Provozní tlak 35 barů (plynný stav) 100 barů (superkritický stav) Tradiční těsnění Selhání extruzí
Molekulární průměr 0,42 nm 0,33 nm Vysoká permeace Riziko úniku (zejména CO₂)
Požadavky na ochranu životního prostředí GWP=1 GWP=1 Roční míra úniku <0,5 g/rok (norma EU)
Střídání teplot -40℃~120℃ -40℃~150℃ Křehkost materiálů za nízkých teplot/stárnutí za vysokých teplot
2. Problémy v odvětví
Efekt bobtnání R1234yf: Způsobuje zvětšení objemu nitrilové pryže (NBR) o > 30 %, selhání těsnění.
Superkritická permeace CO₂: Propustnost je 10krát vyšší než u R134a při tlaku 100 barů.
Únava způsobená tepelným šokem: Teplotní rozdíl se během rychlého nabíjení (-30 ℃ → 120 ℃/min) náhle změní, což způsobí rozpínání prasklin v pryži.
2. Materiálový systém: návrh molekulární bariéry
1. Výběr materiálu matrice
Materiál R1234yf Rychlost bobtnání Propustnost CO₂ (g·mm/m²·d) Teplotní odolnost Řešení Xiaomi
HNBR +18 % 1200 -40℃~150℃ ✘ Eliminováno
FKM (standardní typ) +8 % 850 -20℃~200℃ ✘ Nízkoteplotní křehnutí
Perfluoroetherový kaučuk (FFKM) +0,5 % 90 -25℃~300℃ ✔ Těsnění hlavního potrubí
Kompozitní vrstva TPEE/PTFE +2 % 45 -60℃~200℃ ✔ Rychle uvolnitelné těsnění spojů
2. Nanotechnologie vylepšená
Bariérová vrstva grafenu: 1,5 hmotnostních % funkcionalizovaného grafenu je dispergováno v FFKM a propustnost je snížena o dalších 40 %.
Povlak molekulárního síta MOF: na povrchu je nanesena kovová organická struktura (například ZIF-8) s velikostí pórů 0,34 nm
III. Strukturální inovace: od statického těsnění k dynamické odolnosti proti vibracím
1. Vysokotlaká těsnicí konstrukce
Konstrukční typ Odolnost proti tlaku Místo aplikace Xiaomi Inovační bod
Kovové těsnění čelní plochy 300 barů Výstupní příruba kompresoru Třecí pár s keramickým povlakem (Al₂O₃)
Trojitý kompozitní břitový kroužek 150 barů Rozhraní elektronického expanzního ventilu Hlavní břit (FFKM) + pružina pro akumulaci energie + nárazuvzdorný pomocný břit
Samoutahovací svorka 100Bar Rychlospojka pro hliníkové trubky Předpínací kroužek ze slitiny s tvarovou pamětí (NiTi)
2. Konstrukce odolná proti opotřebení
Textura povrchu: Laserem gravírované mikrodůlky (průměr 50 μm, hloubka 10 μm) pro uložení mazacího filmu chladiva.
Asymetrický vlnovec: Úhel zvlnění kompenzátoru potrubí je 45° a vibrační namáhání je sníženo o 35 % (skutečné měření NVH).
IV. Inteligentní výroba a řízení procesů
1. Proces výroby těsnicích dílů
Technologie Process Key Precizní řízení
Míchání Regulace teploty vnitřního míchače ±1 °C (disperze grafenu) Disperze plniva > 95 %
Vulkanizace lisováním Vulkanizace s proměnnou teplotou (170 °C × 5 min → 200 °C × 2 h) Tolerance rozměrů ±0,03 mm
Povrchová úprava Plazmová fluorace (plyn CF₄) Povrchová energie ≤18 mN/m
Online detekce Strojové vidění + rozpoznávání vad umělou inteligencí Míra vad <50 ppm
2. Proces montáže potrubí
Technologie předběžného povlakování: Těsnicí kroužek je předběžně potažen termosetovým fluorosilikonem (aktivovaným při 120 °C), který nahrazuje lepení na místě.
Monitorování utahovacího momentu a úhlu: Elektrická utahovací pistole poskytuje zpětnou vazbu o napětí v sestavě v reálném čase, aby se zabránilo deformaci způsobené přetlakem.
V. Inteligentní systém monitorování úniků
1. Víceúrovňová monitorovací architektura
Úroveň Technické řešení Řešení úniku
Těsnicí kroužek, vestavěný piezorezistivní senzor s tenkou vrstvou, kolísání tlaku 0,1 baru
Uzel potrubí Infračervené absorpční spektrum (detekce charakteristického píku R1234yf) koncentrace 5 ppm
Systémová úroveň Porovnání měřičů hmotnostního průtoku chladiva Roční únik <2 g sledovatelný
2. Logika cloudových varování
Schéma
Kód
VI. Ověřovací normy a konkurenceschopné produkty
1. Zkouška v extrémních podmínkách
Horký a studený šok: -40℃ (30min) → 150℃ (30min), 1000 cyklů, míra úniku <0,5 g/rok.
Tryskání vysokým tlakem: zkouška tlakem vody 450 barů (3násobek pracovního tlaku), bez vytlačování těsnění.
Vibrace vozovky: zkušební stolice simuluje spektrum 300 000 kilometrů vozovky, hloubka mikroopotřebení <0,05 mm.
2. Srovnávací ukazatel výkonnosti odvětví
Parametry Řešení Xiaomi Řešení Tesla Průměr v oboru
Propustnost CO₂ 45 g·mm/m²·d 68 g·mm/m²·d ＞300 g·mm/m²·d
Doba montáže 18 sekund/spoj 32 sekund/spoj 45 sekund/spoj
Míra úniku systému 0,3 g/rok 0,8 g/rok 2,5 g/rok
Závěr
Technologie těsnění potrubí pro automobilové chladivo od společnosti Xiaomi dosahuje celoživotního utěsnění za superkritických podmínek CO₂ díky molekulární bariéře z perfluoroetherového kaučuku, bionickému povlaku MOF a trojité kompozitní struktuře břitu. Její technické bariéry nespočívají jen ve složení materiálu, ale také v uzavřené smyčce inteligentní výroby a inteligentního monitorování – data o tlaku každého těsnicího kroužku se v reálném čase nahrávají do cloudu a v kombinaci s infračervenou spektroskopií a vícenásobným ověřováním průtokoměrů je riziko úniku potlačeno v zárodku.
Čas zveřejnění: 4. června 2025