Im Wärmemanagementsystem von Elektrofahrzeugen ist die Abdichtung der Kältemittelleitungen eine Kerntechnologie, um die Effizienz der Wärmepumpe, die Reichweite und die Umweltverträglichkeit zu gewährleisten. Xiaomi Automobile verwendet eine fortschrittliche Kohlendioxid-Wärmepumpe (R744) und ein Dual-Kältemittelsystem mit R1234yf. Die Abdichtung der Leitungen muss dauerhaft leckagefrei im Temperaturbereich von -40 °C bis 150 °C und bei einem maximalen überkritischen Druck von 300 bar sein. Dieser Artikel analysiert den technologischen Durchbruch der Kältemittelleitungsabdichtung von Xiaomi aus vier Perspektiven: Materialwissenschaft, Strukturinnovation, intelligente Überwachung und Fertigungstechnologie.
1. Extreme Herausforderungen bei Kältemitteldichtungen
1. Mediumeigenschaften und Betriebsbedingungen
Parameter R1234yf-System R744 (CO₂)-System Abdichtungsherausforderungen
Betriebsdruck 35 bar (gasförmiger Zustand) 100 bar (überkritischer Zustand) Herkömmliche Dichtungen Extrusionsversagen
Moleküldurchmesser 0,42 nm 0,33 nm Hohes Permeationsrisiko (insbesondere CO₂)
Anforderungen an den Umweltschutz GWP=1 GWP=1 Jährliche Leckrate <0,5 g/Jahr (EU-Standard)
Temperaturwechsel -40℃~120℃ -40℃~150℃ Sprödigkeit von Werkstoffen bei niedrigen Temperaturen/Alterung bei hohen Temperaturen
2. Schwachstellen der Branche
R1234yf Quellungseffekt: Verursacht eine Volumenausdehnung von Nitrilkautschuk (NBR) von >30%, Dichtungsversagen.
CO₂-Superkritische Permeation: Die Permeabilität ist bei einem Druck von 100 bar 10-mal so hoch wie die von R134a.
Thermische Schockermüdung: Beim Schnellladen ändert sich die Temperaturdifferenz sprunghaft (-30℃→120℃/min), wodurch sich Risse im Gummi ausdehnen.
2. Materialsystem: Molekularbarriere-Design
1. Auswahl des Matrixmaterials
Material R1234yf Quellverhalten CO₂-Permeabilität (g·mm/m²·d) Temperaturbeständigkeit Xiaomi-Lösung
HNBR +18% 1200 -40℃~150℃ ✘ Eliminiert
FKM (Standardtyp) +8 % 850 -20 °C bis 200 °C ✘ Tieftemperaturversprödung
Perfluoretherkautschuk (FFKM) +0,5 % 90 -25℃~300℃ ✔ Hauptrohrleitungsabdichtung
TPEE/PTFE-Verbundschicht +2 % 45 -60℃~200℃ ✔ Schnellverschluss-Verbindungsdichtung
2. Nano-optimierte Technologie
Graphen-Barriereschicht: 1,5 Gew.-% funktionalisiertes Graphen wird in FFKM dispergiert, und die Permeabilität wird um weitere 40 % reduziert.
MOF-Molekularsiebbeschichtung: Auf der Oberfläche wird ein metallorganisches Gerüst (wie z. B. ZIF-8) mit einer Porengröße von 0,34 nm aufgebracht.
III. Strukturelle Innovation: von statischer Abdichtung zu dynamischer Schwingungsbeständigkeit
1. Hochdruckdichtungsstruktur
Strukturtyp Druckbeständigkeit Xiaomi-Anwendungsseite Innovationspunkt
Metallene Stirnflächendichtung, 300-bar-Kompressorauslassflansch, Reibpaarung mit Keramikbeschichtung (Al₂O₃)
Dreifach-Verbunddichtung 150 bar Schnittstelle für elektronisches Expansionsventil Hauptdichtung (FFKM) + Energiespeicherfeder + stoßfeste Hilfsdichtung
Selbstspannende Klemme, 100-bar-Schnellverbinder aus Aluminiumrohr, Vorspannring aus Formgedächtnislegierung (NiTi).
2. Verschleißfestes Design
Oberflächenstrukturierung: Lasergeätzte Mikroporen (Durchmesser 50 μm, Tiefe 10 μm) zur Speicherung des Kältemittel-Schmierfilms.
Asymmetrischer Balg: Der Wellenwinkel des Rohrleitungskompensators beträgt 45°, und die Schwingungsbelastung wird um 35 % reduziert (NVH-Istmessung).
IV. Intelligente Fertigung und Prozesssteuerung
1. Produktionsprozess für Dichtungsteile
Prozess Schlüsseltechnologie Präzisionssteuerung
Mischung Interne Mischertemperaturregelung ±1℃ (Graphendispersion) Füllstoffdispersion > 95%
Vulkanisation im Formverfahren, Vulkanisation bei variabler Temperatur (170 °C × 5 min → 200 °C × 2 h), Maßtoleranz ±0,03 mm
Oberflächenbehandlung Plasmafluorierung (CF₄-Gas) Oberflächenenergie ≤18 mN/m
Online-Erkennung, maschinelles Sehen + KI-Fehlererkennung, Fehlerrate <50 ppm
2. Montageprozess der Rohrleitung
Vorbeschichtungstechnologie: Der Dichtungsring ist mit duroplastischem Fluorsilikon (aktiviert bei 120℃) vorbeschichtet, um das Verkleben vor Ort zu ersetzen.
Drehmomentwinkelüberwachung: Die elektrische Anziehpistole liefert Echtzeit-Feedback zur Montagespannung, um Verformungen durch Überdruck zu vermeiden.
V. Intelligentes Leckageüberwachungssystem
1. Mehrstufige Überwachungsarchitektur
Technische Lösung zur Leckagebehebung
Dichtungsringkörper, eingebetteter Dünnschicht-Piezoresistivsensor, Druckschwankung von 0,1 bar
Infrarot-Absorptionsspektrum des Rohrleitungsknotens (Erkennung des charakteristischen Peaks von R1234yf) bei einer Konzentration von 5 ppm
Systemebene Vergleich der Kältemittelmassenstrommesser Jährliche Leckage <2 g rückführbar
2. Cloud-Warnlogik
Diagramm
Code
VI. Prüfstandards und Konkurrenzprodukte
1. Test unter extremen Umgebungsbedingungen
Heiß- und Kälteschock: -40℃ (30min) → 150℃ (30min), 1000 Zyklen, Leckrate <0,5 g/Jahr.
Hochdruckstrahlen: 450 Bar Wasserdruckprüfung (3-facher Betriebsdruck), kein Herausdrücken der Dichtungen.
Straßenvibrationen: Der Prüfstand simuliert ein Straßenspektrum von 300.000 Kilometern, Mikroverschleißtiefe <0,05 mm.
2. Branchenleistungsvergleich
Parameter Xiaomi-Lösung Tesla-Lösung Branchendurchschnitt
CO₂-Permeabilität 45 g·mm/m²·d 68 g·mm/m²·d > 300 g·mm/m²·d
Montagezeit 18 Sekunden/Verbindung 32 Sekunden/Verbindung 45 Sekunden/Verbindung
Systemleckrate 0,3 g/Jahr 0,8 g/Jahr 2,5 g/Jahr
Abschluss
Die Dichtungstechnologie von Xiaomi für Kältemittelleitungen im Automobilbereich gewährleistet eine dauerhafte Abdichtung unter überkritischen CO₂-Bedingungen durch eine molekulare Barriere aus Perfluoretherkautschuk, eine bionische MOF-Beschichtung und eine dreifache Verbundlippenstruktur. Die technischen Hürden liegen nicht nur in der Materialzusammensetzung, sondern auch im vollständig vernetzten, intelligenten Fertigungs- und Überwachungssystem: Die Druckdaten jedes Dichtungsrings werden in Echtzeit in die Cloud hochgeladen und in Kombination mit Infrarotspektroskopie und mehrfacher Durchflussmessung das Leckagerisiko von vornherein minimiert.
Veröffentlichungsdatum: 04.06.2025