Introduzione
Il raffreddamento a liquido, attraverso l’utilizzo delle cold plates, ha raggiunto ad oggi livelli di performance elevati, consentendo il raffreddamento di sistemi complessi e ad alte densità di calore dissipato. La costruzione di queste cold plate può avvenire assemblando una serpentina (in rame o acciaio inox a seconda delle applicazioni) ad una piastra in alluminio, o ottenendo il canale di circolazione del fluido direttamente sulla piastra stessa, sigillando successivamente il tutto con un foglio di lamiera o con una seconda piastra, attraverso il processo di saldobrasatura.
Queste soluzioni risultano altamente efficaci nella gestione termica dei sistemi più diversi e complessi, ma presentano spessore e peso che risultano critici in alcuni campi di applicazione.
Campo di applicazione
Da diversi anni ormai i sistemi di batterie per lo stoccaggio di energia sono ampiamente diffusi, e con il crescente progresso tecnologico avranno un peso sempre maggiore nel mercato.
In particolare, acquistano sempre più rilevanza le batterie al litio, utilizzate sia per lo stoccaggio di energia da fonti rinnovabili (come il fotovoltaico) che nel settore automotive, per alimentare il veicolo o all’interno delle colonnine di ricarica. Una delle caratteristiche tipiche di questo tipo di batterie è il funzionamento attraverso lo sviluppo di reazioni chimiche, che però rallentano sotto i 15 °C, riducendo le prestazioni. Inoltre, con punti di funzionamento sopra i 35/40 °C le batterie tendono a deteriorare la loro capacità di carica; pertanto, la gestione termica di questi sistemi risulta un fattore chiave per garantire la competitività e la qualità del prodotto.
La sfida
Individuata la principale criticità del campo di applicazione, ovvero mantenere il pacco batterie la batteria in un range di temperatura ottimale, occorre superare un ulteriore ostacolo soddisfare in seguito un’altra serie di requisiti : sebbene siccome le prestazioni richieste in termini di resistenza termica, nel confronto con altri ambiti dell’elettronica di potenza, non sono particolarmente elevate critiche, a causa delle minori potenze coinvolte, i problema parametri principali per la valutazione di una soluzione vantaggiosa sono:
- Leggerezza
- Bassi spessori
- Buona omogeneità nella distribuzione delle temperature (bassi gradienti termici) sulle superfici del pacco batteria
Con i processi produttivi tradizionali sopra elencati (circuiti fresati nell’alluminio, tubi metallici) diventa molto difficile e scarsamente vantaggioso dal punto di vista economico ottenere delle piastre con spessore inferiore ai 10/12 mm, e, di conseguenza, le cold plate tendono ad avere un peso troppo elevato.
La soluzione
Per poter superare la sfida proposta da questo settore di mercato è stato necessario ripensare completamente il processo produttivo: anziché lavorare per asportazione di truciolo un piatto in alluminio, si è deciso di realizzare il canale di attraversamento del fluido attraverso lo stampaggio di una lamiera di opportuno spessore. In questo modo, si riduce fortemente l’impatto in termini di costo delle lavorazioni meccaniche e del materiale di partenza.
Il canale viene quindi sigillato saldobrasando una seconda lamiera, garantendo contemporaneamente
- La tenuta idraulica della piastra sottoposta alla pressione di esercizio o a eventuali picchi di pressione in regime transitorio
- La presenza di una superfice piana per un contatto ottimale tra la piastra e le celle del pacco batteria
