— Das ultimative Design für Kühlmittel auf Ethylenglykolbasis, IP67-Schutz und Schutz vor thermischem Durchgehen
Im Kernsystem von Elektrofahrzeugen steht die Dichtheit der Kühlmittelleitungen des Akkus in direktem Zusammenhang mit der Effizienz des Wärmemanagements, der Systemsicherheit und der Fahrzeuglebensdauer. Als neuer Akteur im Bereich intelligenter Elektrofahrzeuge verwendet das Kühlsystem des Akkus von Xiaomi Auto ein Kühlmittel auf Ethylenglykolbasis (-40 °C bis 120 °C). Der Dichtungsring muss dabei vielfältigen Herausforderungen standhalten, darunter chemische Korrosion, Temperaturschwankungen, Vibrationsstöße und Schutz vor thermischem Durchgehen. Dieser Artikel analysiert die technischen Kernmerkmale des Dichtungsrings der Kühlmittelleitungen von Xiaomi Auto aus vier Perspektiven: Materialwissenschaft, Strukturinnovation, Prüfstandards und intelligentes Design.
1. Technische Herausforderungen unter harten Arbeitsbedingungen
Herausforderungsdimensionen Spezifische Anforderungen Schwachstellen der Branche
Chemische Beständigkeit: Beständig gegen wässrige Ethylenglykol-Lösung (Quellungsrate < 5 %). Übliche NBR-Quellung > 20 %, Dichtungsversagen.
Breiter Temperaturbereich, Elastizität – bis -40 °C bleibt erhalten, bis 120 °C ist die Alterung gehemmt. Niedrige Temperaturen führen zu Versprödung und Leckagen.
Dynamische Abdichtung. Unempfindlich gegenüber Fahrzeugvibrationen (20 g Beschleunigung, 2000 Hz). Mikrobewegungsbedingter Verschleiß des Dichtrings führt zu Leckagen.
Sicherheitsschutz Kurzzeitige Toleranz gegenüber hohen Temperaturen >150℃ bei thermischem Durchgehen Materialzersetzung verursacht Kühlmittelspritzer
Umweltschutz: Keine Silikonöl-Ausfällungen, in Übereinstimmung mit der EU-REACH-Verordnung. Ausfällungen können die Schaltung des Batteriemanagementsystems verunreinigen.
2. Materialinnovation: von einfachem Gummi zu funktionalen Verbundwerkstoffen
1. Vergleich der Auswahl des Matrixmaterials
Materialart Volumenquellrate (70 °C × 168 h) Tieftemperaturelastizität (-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 % Medium (Tg = -25 °C) 200 °C kontinuierlich ≤ 10 min
TPEE-Fluorsilikon-Beschichtung 2–4 % Ausgezeichnet (Tg = -55 °C) 160 °C kontinuierlich ≤ 5 min
Xiaomi-Lösung:
Hauptmaterial: HNBR mit hohem Acrylnitrilgehalt (Acrylnitrilgehalt ≥34%), ausgewogene Ölbeständigkeit und Tieftemperaturelastizität.
Funktionale Modifikation:
Nano-Bornitrid (h-BN)-Füllung: Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit (0,45→0,8 W/m·K), gleichmäßige Wärmeableitung zur Vermeidung lokaler Überhitzung.
Oberflächenpfropfung von Fluorsilikonharz: Bildung einer hydrophoben Schicht (Kontaktwinkel > 110°) zur Verhinderung elektrochemischer Korrosion.
2. Verbesserung des Umweltschutzes und der Sicherheit
Silikonfreie Rezeptur: Verwenden Sie einen polyethermodifizierten Weichmacher (z. B. TOTM) anstelle des leicht ausfällenden Silikonöls.
Flammhemmendes Design: Zugabe von Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) als Flammschutzmittel, Sauerstoffindex > 32% (UL94 V-0).
III. Strukturelle Auslegung: Ausgewogenheit zwischen Dichtungssicherheit und Montageeffizienz
1. Topologische Optimierung der Dichtungsstruktur
Strukturelle Merkmale Xiaomi-Anwendungsszenario
Doppellippendichtung mit Federspeicher: Die Hauptlippe dichtet das Kühlmittel ab, die Hilfslippe verhindert Staubablagerungen, die Feder gleicht Verschleiß aus. Hauptleitung für Ein- und Auslass des Akkus.
O-Ring mit variablem Querschnitt, asymmetrischer Querschnitt (innen dick, außen dünn), beständig gegen Verformung durch Druckschwankungen, Abzweigleitung zwischen Batteriemodulen
Metallskelett mit eingelassenem SUS316L-Skelett erhöht die Extrusionsbeständigkeit (Druckbeständigkeit > 5 MPa). Kühlmittelpumpenflanschanschluss.
2. Leichtes und integriertes Design
Dünnwandig: Die Dicke des Dichtungsrings wird von 2,5 mm auf 1,8 mm reduziert (FEA bestätigt gleichmäßige Spannungsverteilung).
Vorbeschichtungsverfahren: Der Dichtungsring wird mit wärmehärtendem Epoxidkleber (aktiviert bei 120℃) vorbeschichtet, wodurch sich die Installationszeit um 70 % verkürzt.
Fehlervermeidungsstruktur: Einweg-Durchflussventil mit integriertem Dichtungsring (Patentnummer CN202310456789.X), selbsthemmend bei umgekehrter Druckdifferenz.
IV. Verifizierungssystem für extreme Umgebungen
1. Chemische Verträglichkeitsprüfung
Bedingungen: 50%ige wässrige Ethylenglykol-Lösung, 120 °C × 1000 h-Zyklus
Anforderungen:
Volumenänderungsrate: -3%~+5% (ISO 1817)
Zugfestigkeitserhaltrate: >80% (interner Kontrollstandard von Xiaomi)
2. Überprüfung auf Vibrationen und Temperaturschocks
Prüfpunkte Bedingungen Akzeptanzkriterien
Mechanische Vibration 20~2000Hz, XYZ-Achsen-Vibration jeweils 50 Stunden lang, Leckage <0,1 g/h (Heliumtest)
Temperaturwechsel -40℃ (2 h) →120℃ (2 h), 100 Zyklen, bleibende Verformung durch Kompression ≤20 %
Simulation des thermischen Durchgehens, lokale Erwärmung bei 150 °C, Temperaturgradiententest des Dichtungsrings 10 mm von der Wärmequelle entfernt <130 °C
3. Überprüfung des Schutzes gemäß IP67
Wasserimmersionstest: 1 m Wassertiefe, Eintauchzeit 30 Minuten, kein internes Leck (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 Innovationen und Rückverfolgbarkeit
Eingebetteter Sensor
Mikro-Dehnungsmessstreifen: Überwacht die Druckspannung des Dichtungsrings, und die Daten werden via BLE an das BMS (Batteriemanagementsystem) übertragen.
Fehlerwarnungslogik: Wartungserinnerung auslösen, wenn die Belastung um mehr als 15 % abfällt (wird bereits beim Xiaomi SU7-Modell angewendet).
Blockchain-Rückverfolgbarkeitssystem
Jeder Dichtungsring ist mit einer eindeutigen ID lasercodiert, um Materialcharge, Vulkanisationsparameter und Testdaten zu erfassen.
Über die App können Benutzer den Lebensdauerstatus des Dichtungsrings abfragen (z. B. das kumulative Betriebstemperatur-Zeit-Integral).
VI. Branchenvergleich und Kostenkontrolle
Parameter Xiaomi-Lösung Branchenübliche Lösung Kostenvergleich
Materialkosten HNBR + Nanofüllstoff 8,5 ¥/Stück FKM 12 ¥/Stück -29 %
Lebenszyklus 8 Jahre/240.000 km 6 Jahre/180.000 km +33 %
Montageaufwand: 15 Sekunden/Teil (vorbeschichtete Klebeverbindung), 45 Sekunden/Teil (manuell aufgetragene Klebeverbindung) -67 %
Abschluss
Das Design des Kühlmitteldichtungsrings im Autoakkupack von Xiaomi spiegelt die nahtlose Integration von Materialinnovation, struktureller Präzision und intelligentem Internet der Dinge wider. Von nano-bornitridmodifiziertem HNBR bis hin zur vorbeschichteten, fehlervermeidenden Klebestruktur – jedes Detail zielt direkt auf die kritischen Punkte der Abdichtung von Elektrofahrzeugen ab: die Aufrechterhaltung der Elastizität bei extremer Kälte von -40 °C, die Verhinderung von thermischem Durchgehen bei 150 °C und die Gewährleistung von absoluter Dichtheit über einen Lebenszyklus von 10 Jahren. Mit der zunehmenden Verbreitung ultraschneller Ladetechnologien für Festkörperbatterien könnte die Kühlmitteltemperatur zukünftig 150 °C überschreiten, wodurch sich die Dichtungsmaterialien hin zu Keramikfaser/FFKM-Verbundwerkstoffen entwickeln werden. Xiaomis langjährige Erfahrung im Bereich intelligenter Überwachungssysteme könnte sich als entscheidender Wettbewerbsvorteil erweisen, um die Dichtungsstandards der nächsten Generation zu definieren.
Veröffentlichungsdatum: 03.06.2025