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技术好文|液冷板性能测试及设计规范

技术好文|液冷板性能测试及设计规范 NTK散热
2025-04-19
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导读：液冷板作为关键的散热组件，其性能与可靠性直接关系到系统的稳定运行。对液冷板的全面测试涵盖性能与可靠性两大方面，具体涉及密封性、静压强度性能、耐高温性能、压力循环性能、振动性能、内部腐蚀性能、爆破性能、




性能测试




1


密封性

室温密封：室温密封测试旨在检测液冷板在常温环境下的密封性能。泄漏量可依据经验公式 F=0.0006V(dP/dt) 计算得出。其中，F 代表渗漏量，单位为 cm³/min；V 是总容积，单位为 cm³；dP/dt 表示压力损失，单位为 Pa/s 。在实际检测中，若存在多种检测方法且结论不一致，通常优先采用湿检方式，以确保检测结果的准确性。
低温密封：进行低温密封测试时，需先将液冷总成内部注入冰点为 - 40℃的防冻液，随后按照实车状态放置于 - 40℃的低温箱中，持续 10 小时后取出。要求在 10 分钟内迅速放掉冷却液，紧接着在湿式密封性试验台上，向沉没于水槽内的液冷系统内部通入压力为 50±10KPa 的压缩空气，并保压 60 秒。整个试验过程中，不允许出现肉眼可见的气泡，以此判定低温密封性能是否达标。

2


静压强度

针对静压强度测试，需将液冷总成（包括集流体和口琴管）内部通入压力为 200KPa 的水或压缩空气，保压时长为 1 小时，该操作重复 3 次。测试结束后，要求零件的变形量小于 0.5ｍｍ，以此衡量液冷板在静压条件下的结构稳定性。

3


耐高温

耐高温测试时，先将液冷系统内部充入体积比为 50％的乙二醇和 50％的水的混合液，并施加 150KPa 的压力。随后，将其置于特定的环境温度下进行长达 200 小时的耐高温试验，试验过程中的介质温度需控制在 130+5℃。试验结束后，需按照室温密封检测的相关规定（即 1.1 中的方法）进行密封性检测，判断液冷板在高温环境下是否仍能保持良好的密封性能。

4


压力循环

压力循环性能检测需借助专用试验装置开展。把液冷系统置于常温环境中，内部通入体积比为 50% 的乙二醇和 50% 的水的混合液，并施加 150KPa 的压力。同时，在 40 - 70℃的环境温度下进行 200 小时的耐髙温试验，介质温度维持在 130+5℃。试验完成后，依据室温密封检测规定（1.1）进行密封性检测。压力循环交变范围一般设定在 30 - 150 - 30KPa，循环次数往往需要达到上万次，以此考验液冷板在压力循环变化下的可靠性。

5


振动

振动测试在振动试验台上进行。试验前，将液冷系统内部注满常温水后密封，接着按照实际使用时对液冷系统的安装方式，将其牢固固定在试验台上，开展振动性能试验。在试验过程中，加速传感器固定在振动试验台的底面。该试验台能够实现正弦波振动，振动频率一般设置为 20Hz，加速度为 + 30m²/s，振动方向包含垂直、前后和左右三个方向，每个方向的振动次数为 1.5×10⁶次。试验结束后，按照室温密封检测的规定（1.1）进行密封性检测，以确定液冷板在振动环境下的密封性能是否受到影响。

6


内部腐蚀

内部腐蚀试验以 90+2℃的温度和 1.3L/s～1.5L/s 的流量运行 76 小时，停机静置 8 小时作为一个循环，在停机期间需进行溶液 PH 值检查，整个试验共计 14 个循环。溶液检查项目包括 PH 值测试和外观检查，在试验过程中，不允许出现 + 1 以上的ＰＨ值变化，溶液外观也不允许出现浑浊和沉淀现象。工质由体积比为 2:3 的防冻液和 ASTM 溶液组成，其中防冻液一般选用 45% 的乙二醇型防冻液，ASTM 溶液则由 1L 蒸馏水与 148mg 的硫酸钠、165mg 的氧化钠和 138mg 的碳酸氢钠配置而成。


7


爆破性能

爆破性能试验在爆破试验机上开展。试验时，将液冷系统内部通入压缩空气，以 0.5bar/min 的速率加压至 3.5bar（此过程中应无泄漏现象），之后继续以 0.5bar/min 的速率加压直至液冷系统失效。每次加压后需保压 1 分钟，同时记录失效压力及位置。通常要求爆破压力应不小于 8bar，以此评估液冷板的极限耐压能力。

8


压降

压降测试时，在液冷系统中通入给定温度的冷却液，并记录给定流量条件下的流阻。一般来说，该项测试的具体参数选择需要与 CFD（计算流体动力学）相结合，通过 CFD 模拟来优化测试参数，从而更准确地评估液冷板的流体阻力特性。

9


热管理性能

热管理性能验证涵盖冷却性能测试和加热性能测试。需根据规定的流量、工质温度、初始环境温度、初始系统温度，在给定工况下进行测试。测试指标主要为测试对象的温度、温升和温差，以此全面评估液冷板的热管理效能。

10


清洁度

清洁度测试时，先在被测试产品腔体内注入防冻液，然后进行振动测试，之后采用洁净气体将内部冲净并进行过滤，最终测试冷板内腔残余杂质质量和固体粒径，以此判断液冷板的清洁程度是否符合要求。

除上述常见测试外，液冷板的检测还可能涉及盐雾、尺寸公差检测、拉伸强度测试、屈服强度测试、等电位电阻检测、外观检测等，从不同角度全面评估液冷板的性能与质量。




二、液冷板设计规范





1


设计技术参数输入

在进行液冷板设计前，需明确一系列关键的技术参数输入，包括但不限于散热需求、工作环境温度范围、冷却液类型及流量要求、系统允许的压力降等。这些参数是后续设计选型及具体设计的重要依据。

2


选型

根据技术参数输入，结合不同类型液冷板的特性（如材料特性、结构形式等），选择最适合应用场景的液冷板类型。例如，对于空间有限且散热要求较高的场景，可能优先选择结构紧凑、散热效率高的微通道液冷板；而对于对成本较为敏感的应用，可能会考虑性价比更高的口琴管式液冷板。

3


冷板设计








冷板设计环节需综合考虑多个因素。从结构设计方面，要确保冷却液在冷板内部能够均匀分布，以实现高效散热；从材料选择上，需根据工作环境及散热要求，选用导热性能好、耐腐蚀且机械性能满足要求的材料，如铝合金等。同时，要对冷板的流道布局进行优化设计，通过 CFD 模拟分析，调整流道的形状、尺寸及数量，以降低流阻并提高散热均匀性。


4


进出接头设计要点

（五）布置安装


某型号车钣金箱体的设计方案：该布置形式是将模组、导热垫、冷板及箱体通过螺栓穿起来共同固定。这种方式下，冷板受力较为复杂，对冷板强度要求较高。在设计冷板时，焊缝位置必须避开受力严重的区域，同时要严格控制冷板的平面度（一般行业加工能力在 0.8 - 1mm 之间），以确保冷板在受力情况下仍能保持良好的密封性能及散热效果。


铝箱体布置方案：此方案中，模组和冷板分别固定在箱体的上下两侧。箱体安装梁设计为两个台阶，模组固定在第一台阶，冷板固定在第二台阶，中间使用导热材料进行填充。这种布置方式使得冷板主要承受导热垫的向下压力，能够最大限度地降低型材冷板的重量，同时保证良好的散热性能及结构稳定性。

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