——Das ultimative Design für Kühlmittel auf Ethylenglykolbasis, IP67-Schutz und Sicherheit gegen thermisches Durchgehen
Im Kernsystem von Elektrofahrzeugen steht die Zuverlässigkeit der Abdichtung der Kühlmittelleitung des Batteriepacks in direktem Zusammenhang mit der Effizienz des Wärmemanagements, der Systemsicherheit und der Fahrzeuglebensdauer. Als Innovation im Bereich intelligenter Elektrofahrzeuge verwendet das Batteriepack-Kühlsystem von Xiaomi Auto ein Kühlmittel auf Ethylenglykolbasis (-40 °C bis 120 °C). Der Dichtring muss dabei verschiedenen Herausforderungen wie chemischer Korrosion, Temperaturschwankungen, Vibrationsschocks und thermischem Durchgehen standhalten. Dieser Artikel analysiert den technischen Kern des Kühlmittelleitungs-Dichtrings von Xiaomi Auto anhand von vier Dimensionen: Materialwissenschaft, strukturelle Innovation, Prüfstandards und intelligentes Design.
1. Technische Herausforderungen unter harten Arbeitsbedingungen
Dimensionen der Herausforderungen Spezifische Anforderungen Schwachstellen der Branche
Chemische Verträglichkeit Beständig gegenüber wässriger Ethylenglykollösung (Volumenquellrate <5 %) Normale NBR-Quellung >20 %, Dichtungsversagen
Elastizität im breiten Temperaturbereich -40 °C niedrige Temperatur erhält die Elastizität, 120 °C Anti-Aging Versprödung bei niedrigen Temperaturen verursacht Leckagen
Dynamische Abdichtung. Tolerant gegenüber Fahrzeugvibrationen (20 g Beschleunigung, 2000 Hz). Mikrobewegungsverschleiß des Dichtungsrings führt zu Undichtigkeiten.
Sicherheitsschutz Kurzfristige Toleranz gegenüber hohen Temperaturen >150℃ bei thermischem Durchgehen Materialzersetzung führt zu Kühlmittelspritzern
Umweltschutz: Keine Silikonölablagerungen, entspricht der EU-REACH-Verordnung. Ablagerungen verunreinigen den Schaltkreis des Batteriemanagementsystems.
2. Materialinnovation: Vom Basiskautschuk zum Funktionsverbundwerkstoff
1. Vergleich der Matrixmaterialauswahl
Materialtyp Volumenquellrate (70 °C × 168 h) Kältebeständigkeit (-40 °C) Toleranz gegenüber thermischem Durchgehen
Hydriertes Nitril (HNBR) 3 % – 5 % Gut (Tg = –40 °C) 150 °C kontinuierlich ≤ 30 Min.
Fluorkautschuk (FKM) 1 % – 3 % Schlecht (Tg = –15 °C) 180 °C kontinuierlich ≤ 15 Min.
Perfluoretherkautschuk (FFKM) ＜0,5 % Mittel (Tg = -25 °C) 200 °C kontinuierlich ≤ 10 Min.
TPEE+Fluorsilikonbeschichtung 2 % – 4 % Ausgezeichnet (Tg = –55 °C) 160 °C kontinuierlich ≤ 5 Min.
Xiaomi-Lösung:
Hauptmaterial: HNBR mit hohem Acrylnitrilgehalt (Acrylnitrilgehalt ≥ 34 %), ausgewogene Ölbeständigkeit und Elastizität bei niedrigen Temperaturen.
Funktionsänderung:
Füllung aus Nano-Bornitrid (h-BN): Verbessert die Wärmeleitfähigkeit (0,45→0,8 W/m·K), gleichmäßige Wärmeableitung zur Vermeidung lokaler Überhitzung.
Oberflächenpfropfung von Fluorsilikonharz: Bildet eine hydrophobe Schicht (Kontaktwinkel > 110°), um elektrochemische Korrosion zu verhindern.
2. Umweltschutz und Verbesserung der Sicherheit
Silikonfreie Formel: Verwenden Sie einen mit Polyether modifizierten Weichmacher (wie TOTM), um leicht auszufällendes Silikonöl zu ersetzen.
Flammhemmendes Design: Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) als Flammhemmer hinzufügen, Sauerstoffindex > 32 % (UL94 V-0).
III. Strukturelles Design: Balance zwischen Dichtungszuverlässigkeit und Montageeffizienz
1. Topologische Optimierung der Dichtungsstruktur
Strukturtyp Funktionen Xiaomi Anwendungsszenario
Doppellippe mit Federenergiespeicher Hauptlippe dichtet Kühlmittel ab, Hilfslippe verhindert Staub, Feder gleicht Verschleiß aus Batteriepack-Einlass- und Auslass-Hauptleitung
O-Ring mit variablem Querschnitt Asymmetrischer Querschnitt (innen dick und außen dünn), beständig gegen Druckschwankungen und Verformung Abzweigrohrleitung zwischen Batteriemodulen
Metallskelett mit SUS316L-Einlage verbessert die Extrusionsbeständigkeit (Druckbeständigkeit > 5 MPa) Kühlmittelpumpen-Flanschanschluss
2. Leichtes und integriertes Design
Dünnwandig: Die Dicke des Dichtrings wird von 2,5 mm auf 1,8 mm reduziert (FEA weist eine gleichmäßige Spannungsverteilung nach).
Vorbeschichtungsprozess: Der Dichtungsring wird mit wärmehärtendem Epoxidkleber (aktiviert bei 120 °C) vorbeschichtet, wodurch die Installationszeit um 70 % verkürzt wird.
Fehlersichere Struktur: Integrierter Dichtungsring des Einwegventils (Patentnummer CN202310456789.X), selbstsichernd bei umgekehrter Druckdifferenz.
IV. Verifizierungssystem für extreme Umgebungen
1. Chemischer Verträglichkeitstest
Bedingungen: 50 % wässrige Ethylenglykollösung, 120 °C × 1000-h-Zyklus
Anforderungen:
Volumenänderungsrate: -3 % ~ +5 % (ISO 1817)
Beibehaltung der Zugfestigkeit: >80 % (interner Kontrollstandard von Xiaomi)
2. Vibrations- und Thermoschockprüfung
Prüfpunkte Bedingungen Abnahmekriterien
Mechanische Vibration 20–2000 Hz, XYZ-Achsenvibration für jeweils 50 Stunden. Leckage <0,1 g/h (Heliumtest).
Temperaturwechsel -40℃ (2h) →120℃ (2h), 100 Zyklen, bleibende Kompressionsverformung ≤20%
Simulation des thermischen Durchgehens Lokale Erwärmung auf 150 °C, Temperaturgradiententest des Dichtungsrings 10 mm von der Wärmequelle entfernt <130 °C
3. IP67-Schutzprüfung
Wasserimmersionstest: 1 m Wassertiefe, 30 Minuten Eintauchen, keine interne Leckage (GB/T 4208).
Luftdruckausgleich: Der Dichtungsring verfügt über eine eingebaute mikropermeable Membran (ePTFE), um den Druckunterschied auszugleichen und eine Verformung durch Vakuumadsorption zu verhindern.
5. Intelligente und rückverfolgbare Innovation
Eingebetteter Sensor
Mikro-Dehnungsmessstreifen: Überwacht die Druckspannung des Dichtungsrings und die Daten werden per BLE an das BMS (Batteriemanagementsystem) übertragen.
Fehlerwarnlogik: Wartungserinnerung auslösen, wenn die Belastung um >15 % sinkt (bereits im Modell Xiaomi SU7 angewendet).
Blockchain-Rückverfolgbarkeitssystem
Jeder Dichtungsring ist mit einer eindeutigen ID lasercodiert, um Materialcharge, Vulkanisationsparameter und Testdaten aufzuzeichnen.
Benutzer können den Lebensdauerstatus des Dichtungsrings über die APP abfragen (z. B. kumulatives Arbeitstemperatur-Zeit-Integral).
VI. Benchmarking der Branche und Kostenkontrolle
Parameter Xiaomi Lösungsbranche Mainstream-Lösung Kostenvergleich
Materialkosten HNBR+Nano-Füllstoff 8,5 ¥/Stück FKM 12 ¥/Stück -29 %
Lebenszyklus 8 Jahre/240.000 km 6 Jahre/180.000 km +33 %
Montage-Arbeitsstunden 15 Sekunden/Stück (Design mit vorbeschichtetem Kleber) 45 Sekunden/Stück (manuell aufgetragener Kleber) -67 %
Abschluss
Das Design des Kühlmitteldichtrings des Autobatteriepacks von Xiaomi spiegelt die enge Integration von Materialinnovation, struktureller Präzision und intelligentem Internet der Dinge wider. Von nanobornitridmodifiziertem HNBR bis hin zur vorbeschichteten, fehlersicheren Klebstoffstruktur weist jedes Detail direkt auf die Schwachstellen der Abdichtung von Elektrofahrzeugen hin – die Erhaltung der Elastizität bei extremer Kälte von -40 °C, die Vermeidung von thermischem Durchgehen bei 150 °C und das Erreichen von „Null-Leckagen“ innerhalb einer Lebensdauer von 10 Jahren. Mit der zunehmenden Verbreitung der ultraschnellen Ladetechnologie für Festkörperbatterien könnte die Kühlmitteltemperatur künftig 150 °C überschreiten, und die Dichtungsmaterialien werden sich in Richtung Keramikfaser-/FFKM-Verbundwerkstoffe entwickeln. Xiaomis Erfolge im Bereich der intelligenten Überwachung könnten zu seinem technischen Vorteil bei der Definition der nächsten Generation von Dichtungsstandards werden.
Beitragszeit: 03.06.2025