— Une conception optimale pour les fluides frigorigènes à base d'éthylène glycol, une protection IP67 et une sécurité renforcée contre l'emballement thermique.
Dans le système central des véhicules électriques, la fiabilité de l'étanchéité du circuit de refroidissement de la batterie influe directement sur l'efficacité de la gestion thermique, la sécurité du système et la durée de vie du véhicule. Acteur majeur du secteur des véhicules électriques intelligents, Xiaomi Auto utilise un système de refroidissement à base d'éthylène glycol (-40 °C à 120 °C) pour ses batteries. Le joint d'étanchéité doit donc résister à de multiples contraintes, telles que la corrosion chimique, les variations de température, les vibrations et l'emballement thermique. Cet article analyse les aspects techniques fondamentaux du joint d'étanchéité du circuit de refroidissement de Xiaomi Auto selon quatre axes : science des matériaux, innovation structurelle, normes de vérification et conception intelligente.
1. Défis techniques liés à des conditions de travail difficiles
Dimensions du défi Exigences spécifiques Points faibles de l'industrie
Compatibilité chimique : Résistant à une solution aqueuse d'éthylène glycol (taux de gonflement volumique < 5 %). Gonflement du NBR ordinaire > 20 %, défaillance du joint.
Élasticité sur une large plage de températures : maintien de l’élasticité à basse température (-40 °C), résistance au vieillissement (120 °C). La fragilisation à basse température provoque des fuites.
Étanchéité dynamique. Tolère les vibrations du véhicule (accélération de 20 g, 2 000 Hz). L’usure par micromouvements de la bague d’étanchéité provoque des fuites.
Protection de sécurité Tolérance à court terme aux températures élevées >150℃ lors d'un emballement thermique La décomposition du matériau provoque des projections de liquide de refroidissement
Protection de l'environnement : Absence de précipitation d'huile de silicone, conformément à la réglementation européenne REACH. Les précipités ne contaminent pas le circuit du système de gestion de la batterie.
2. Innovation en matière de matériaux : du caoutchouc de base aux matériaux composites fonctionnels
1. Comparaison de la sélection des matériaux de la matrice
Type de matériau Taux de gonflement volumique (70 °C × 168 h) Résistance aux basses températures (-40 °C) Tolérance à l'emballement thermique
Nitrile hydrogéné (HNBR) 3 % à 5 % Bon (Tg = -40 °C) 150 °C en continu ≤ 30 min
Caoutchouc fluoré (FKM) 1 % à 3 % Faible (Tg = -15 °C) 180 °C en continu ≤ 15 min
Caoutchouc perfluoroéther (FFKM) < 0,5 % Moyen (Tg = -25 °C) 200 °C en continu ≤ 10 min
Revêtement TPEE + fluorosilicone 2 % à 4 % Excellent (Tg = -55 °C) 160 °C en continu ≤ 5 min
Solution Xiaomi :
Matériau principal : HNBR à haute teneur en acrylonitrile (teneur en acrylonitrile ≥ 34 %), résistance équilibrée à l'huile et élasticité à basse température.
Modification fonctionnelle :
Remplissage de nitrure de bore nano (h-BN) : améliore la conductivité thermique (0,45→0,8 W/m·K), dissipation thermique uniforme pour éviter la surchauffe locale.
Greffage de surface de résine fluorosilicone : former une couche hydrophobe (angle de contact > 110°) pour prévenir la corrosion électrochimique.
2. Protection de l'environnement et renforcement de la sécurité
Formule sans silicone : Utilisez un plastifiant modifié au polyéther (tel que TOTM) pour remplacer l'huile de silicone qui a tendance à précipiter.
Conception ignifuge : Ajout d'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃) ignifuge, indice d'oxygène > 32 % (UL94 V-0).
III. Conception structurelle : équilibre entre fiabilité d’étanchéité et efficacité d’assemblage
1. Optimisation topologique de la structure d'étanchéité
Caractéristiques de type structurel Scénario d'application Xiaomi
Double lèvre avec ressort de stockage d'énergie. La lèvre principale assure l'étanchéité du liquide de refroidissement, la lèvre auxiliaire empêche la poussière, le ressort compense l'usure. Canalisation principale d'entrée et de sortie du bloc-batterie
Joint torique à section variable. Section asymétrique (épaisse à l'intérieur et fine à l'extérieur), résistant à la déformation due aux fluctuations de pression. Canalisation de dérivation entre les modules de batterie.
Structure métallique renforcée en acier inoxydable SUS316L pour une meilleure résistance à l'extrusion (résistance à la pression > 5 MPa). Raccordement par bride pour pompe de refroidissement.
2. Conception légère et intégrée
Paroi mince : L'épaisseur de la bague d'étanchéité est réduite de 2,5 mm à 1,8 mm (l'analyse par éléments finis vérifie la distribution uniforme des contraintes).
Procédé de pré-enduction : La bague d'étanchéité est pré-enduite de colle époxy thermodurcie (activée à 120 °C), et le temps d'installation est réduit de 70 %.
Structure anti-erreur : Joint d'étanchéité intégré à la valve à flux unidirectionnel (numéro de brevet CN202310456789.X), autoblocage par différence de pression inverse.
IV. Système de vérification en environnement extrême
1. Test de compatibilité chimique
Conditions : solution aqueuse d'éthylène glycol à 50 %, cycle de 1000 h à 120 °C
Exigences:
Taux de variation de volume : -3 % à +5 % (ISO 1817)
Taux de rétention de la résistance à la traction : > 80 % (norme de contrôle interne Xiaomi)
2. Vérification des vibrations et des chocs thermiques
Éléments de test Conditions Critères d'acceptation
Vibrations mécaniques de 20 à 2000 Hz, vibrations des axes XYZ pendant 50 heures chacune. Fuite < 0,1 g/h (test à l'hélium).
Alternance de température -40 °C (2 h) → 120 °C (2 h), 100 cycles. Déformation permanente en compression ≤ 20 %.
Simulation d'emballement thermique : chauffage local à 150 °C, test de gradient de température de la bague d'étanchéité à 10 mm de la source de chaleur < 130 °C
3. Vérification de la protection IP67
Test d'immersion dans l'eau : profondeur de l'eau de 1 m, immersion pendant 30 minutes, aucune fuite interne (GB/T 4208).
Équilibre de la pression d'air : La bague d'étanchéité possède une membrane micro-perméable intégrée (ePTFE) pour équilibrer la différence de pression et empêcher la déformation par adsorption du vide.
5. Innovation intelligente et de traçabilité
Capteur intégré
Jauge de contrainte micrométrique : surveille la contrainte de compression de la bague d’étanchéité et les données sont transmises au BMS (système de gestion de batterie) via BLE.
Logique d'alerte de panne : déclencher un rappel de maintenance lorsque la contrainte chute de plus de 15 % (déjà appliqué sur le modèle Xiaomi SU7).
Système de traçabilité Blockchain
Chaque bague d'étanchéité est codée au laser avec un identifiant unique permettant d'enregistrer le lot de matériau, les paramètres de vulcanisation et les données de test.
Les utilisateurs peuvent consulter l'état de la durée de vie du joint d'étanchéité via l'application (par exemple, l'intégrale cumulée de la température de fonctionnement en fonction du temps).
VI. Analyse comparative du secteur et contrôle des coûts
Paramètres de la solution Xiaomi : Comparaison des coûts des solutions courantes du secteur
Coût des matériaux : HNBR + charge nano : 8,5 ¥/pièce ; FKM : 12 ¥/pièce (-29 %)
Durée de vie : 8 ans/240 000 km ; 6 ans/180 000 km ; +33 %
Temps de montage : 15 secondes/pièce (colle pré-appliquée), 45 secondes/pièce (colle appliquée manuellement) -67 %
Conclusion
La conception du joint d'étanchéité du liquide de refroidissement de la batterie automobile Xiaomi témoigne d'une intégration poussée entre innovation des matériaux, précision structurelle et intelligence connectée. Du HNBR modifié au nitrure de bore nanométrique à la structure pré-encollée anti-erreur, chaque détail répond aux exigences d'étanchéité des véhicules électriques les plus critiques : maintenir l'élasticité par grand froid (-40 °C), prévenir les risques d'emballement thermique à 150 °C et garantir une étanchéité parfaite pendant toute la durée de vie de la batterie (10 ans). À l'avenir, avec la généralisation de la recharge ultra-rapide des batteries à semi-conducteurs, la température du liquide de refroidissement pourrait dépasser 150 °C et les matériaux d'étanchéité évolueront vers des composites de fibres céramiques et de FFKM. L'expertise de Xiaomi en matière de surveillance intelligente pourrait constituer un atout majeur pour définir les normes d'étanchéité de demain.
Date de publication : 3 juin 2025