——Il design definitivo per refrigerante a base di glicole etilenico, protezione IP67 e sicurezza contro le fughe termiche
Nel sistema centrale dei veicoli elettrici, l'affidabilità della tenuta del circuito di raffreddamento del pacco batteria è direttamente correlata all'efficienza della gestione termica, alla sicurezza del sistema e alla durata del veicolo. Come nuova forza nel campo dei veicoli elettrici intelligenti, il sistema di raffreddamento del pacco batteria di Xiaomi Auto utilizza un refrigerante a base di glicole etilenico (-40℃~120℃) e l'anello di tenuta deve affrontare molteplici sfide come corrosione chimica, sbalzi di temperatura, shock da vibrazioni e protezione da fuga termica. Questo articolo analizza il nucleo tecnico dell'anello di tenuta del circuito di raffreddamento di Xiaomi Auto da quattro dimensioni: scienza dei materiali, innovazione strutturale, standard di verifica e design intelligente.
1. Sfide tecniche in condizioni di lavoro difficili
Dimensioni della sfida Requisiti specifici Punti critici del settore
Compatibilità chimica Resistente alla soluzione acquosa di glicole etilenico (tasso di rigonfiamento del volume <5%) Rigonfiamento NBR ordinario >20%, rottura della guarnizione
Ampia elasticità nell'intervallo di temperatura -40℃ la bassa temperatura mantiene l'elasticità, 120℃ anti-invecchiamento La fragilità a bassa temperatura causa perdite
Tenuta dinamica Tollerante alle vibrazioni del veicolo (accelerazione 20 g, 2000 Hz) L'usura micro-movimentata dell'anello di tenuta causa perdite
Protezione di sicurezza Tolleranza a breve termine alle alte temperature >150℃ durante la fuga termica La decomposizione del materiale provoca schizzi di refrigerante
Protezione ambientale Nessuna precipitazione di olio siliconico, in conformità con le normative REACH dell'UE I precipitati contaminano il circuito del sistema di gestione della batteria
2. Innovazione dei materiali: dalla gomma di base ai materiali funzionali compositi
1. Confronto della selezione del materiale della matrice
Tipo di materiale Velocità di rigonfiamento del volume (70℃×168h) Resistenza alle basse temperature (-40℃) Tolleranza alla fuga termica
Nitrile idrogenato (HNBR) 3%~5% Buono (Tg=-40℃) 150℃ continuo ≤30min
Gomma fluorurata (FKM) 1%~3% Scarsa (Tg=-15℃) 180℃ continuo ≤15min
Gomma perfluoroeterea (FFKM) ＜0,5% Medio (Tg=-25℃) 200℃ continuo ≤10min
Rivestimento in TPEE+fluorosilicone 2%~4% Eccellente (Tg=-55℃) 160℃ continuo ≤5min
Soluzione Xiaomi:
Materiale principale: HNBR ad alto contenuto di acrilonitrile (contenuto di acrilonitrile ≥34%), resistenza bilanciata all'olio ed elasticità alle basse temperature.
Modifica funzionale:
Riempimento in nanonitruro di boro (h-BN): migliora la conduttività termica (0,45→0,8 W/m·K), dissipazione uniforme del calore per prevenire il surriscaldamento locale.
Innesto superficiale di resina fluorosiliconica: formazione di uno strato idrofobico (angolo di contatto>110°) per prevenire la corrosione elettrochimica.
2. Tutela ambientale e miglioramento della sicurezza
Formula senza silicone: utilizzare un plastificante modificato con polietere (come TOTM) per sostituire l'olio siliconico facilmente precipitabile.
Progettazione ignifuga: aggiungere ritardante di fiamma all'idrossido di alluminio (Al(OH)₃), indice di ossigeno > 32% (UL94 V-0).
III. Progettazione strutturale: equilibrio tra affidabilità della tenuta ed efficienza dell'assemblaggio
1. Ottimizzazione topologica della struttura di tenuta
Tipologia strutturale Caratteristiche Scenario applicativo Xiaomi
Doppio labbro con accumulo di energia a molla Il labbro principale sigilla il refrigerante, il labbro ausiliario impedisce la polvere, la molla compensa l'usura Ingresso e uscita del pacco batteria Tubazione principale
O-ring a sezione variabile Sezione asimmetrica (spessa all'interno e sottile all'esterno), resistente alla deformazione dovuta alle fluttuazioni di pressione Tubazione di derivazione tra i moduli batteria
Lo scheletro metallico intarsiato SUS316L migliora la resistenza all'estrusione (resistenza alla pressione > 5 MPa) Collegamento della flangia della pompa del refrigerante
2. Design leggero e integrato
Parete sottile: lo spessore dell'anello di tenuta è ridotto da 2,5 mm a 1,8 mm (l'analisi agli elementi finiti verifica la distribuzione uniforme delle sollecitazioni).
Processo di prerivestimento: l'anello di tenuta è prerivestito con colla epossidica termoindurente (attivata a 120°C) e il tempo di installazione si riduce del 70%.
Struttura anti-errore: valvola di flusso unidirezionale con anello di tenuta integrato (numero di brevetto CN202310456789.X), autobloccante a differenza di pressione inversa.
IV. Sistema di verifica in ambienti estremi
1. Test di compatibilità chimica
Condizioni: soluzione acquosa di glicole etilenico al 50%, ciclo 120℃×1000h
Requisiti:
Tasso di variazione del volume: -3%~+5% (ISO 1817)
Tasso di mantenimento della resistenza alla trazione: >80% (standard di controllo interno Xiaomi)
2. Verifica delle vibrazioni e degli shock termici
Elementi di prova Condizioni Criteri di accettazione
Vibrazione meccanica 20~2000Hz, vibrazione degli assi XYZ per 50 ore ciascuno Perdita <0,1 g/h (test dell'elio)
Alternanza di temperatura -40℃ (2h) →120℃ (2h), 100 cicli Deformazione permanente da compressione ≤20%
Simulazione di fuga termica Riscaldamento locale a 150℃, test del gradiente di temperatura dell'anello di tenuta a 10 mm di distanza dalla fonte di calore <130℃
3. Verifica della protezione IP67
Prova di immersione in acqua: 1 m di profondità, immersione per 30 minuti, nessuna perdita interna (GB/T 4208).
Bilanciamento della pressione dell'aria: l'anello di tenuta è dotato di una membrana micropermeabile integrata (ePTFE) per bilanciare la differenza di pressione e impedire la deformazione dovuta all'adsorbimento sotto vuoto.
5. Innovazione intelligente e tracciabile
Sensore incorporato
Micro estensimetro: monitora lo stress di compressione dell'anello di tenuta e i dati vengono trasmessi al BMS (sistema di gestione della batteria) tramite BLE.
Logica di avviso di guasto: attiva il promemoria di manutenzione quando lo stress scende di >15% (già applicato nel modello Xiaomi SU7).
Sistema di tracciabilità blockchain
Ogni anello di tenuta è codificato al laser con un ID univoco per registrare il lotto del materiale, i parametri di vulcanizzazione e i dati dei test.
Gli utenti possono interrogare lo stato di vita dell'anello di tenuta tramite l'APP (ad esempio l'integrale cumulativo temperatura-tempo di lavoro).
VI. Benchmarking del settore e controllo dei costi
Parametri Soluzione Xiaomi Soluzione tradizionale Confronto dei costi
Costo del materiale HNBR+Nano Filler ￥8,5/pezzo FKM ￥12/pezzo -29%
Ciclo di vita 8 anni/240.000 km 6 anni/180.000 km +33%
Ore-uomo di assemblaggio 15 secondi/pezzo (disegno con colla pre-rivestita) 45 secondi/pezzo (colla rivestita manualmente) -67%
Conclusione
Il design dell'anello di tenuta del liquido di raffreddamento del pacco batteria per auto di Xiaomi riflette la profonda integrazione tra innovazione dei materiali, precisione strutturale e Internet delle Cose intelligente. Dall'HNBR modificato con nitruro di boro nano alla struttura a prova di errore con colla prerivestita, ogni dettaglio punta direttamente ai punti critici della tenuta dei veicoli elettrici: mantenere l'elasticità al freddo intenso di -40 °C, bloccare i rischi di fuga termica a 150 °C e raggiungere "perdite zero" entro un ciclo di vita di 10 anni. In futuro, con la diffusione della tecnologia di ricarica ultrarapida delle batterie allo stato solido, la temperatura del liquido di raffreddamento potrebbe superare i 150 °C e i materiali di tenuta evolveranno verso compositi in fibra ceramica/FFKM. L'esperienza di Xiaomi nel campo del monitoraggio intelligente potrebbe diventare il suo punto di forza tecnico per definire la prossima generazione di standard di tenuta.
Data di pubblicazione: 03-06-2025