浙江银轮：新能源汽车热管理中传热链热端热阻分析及解决方案

完全浸没式和主体浸没式等传热技术近期成为关注热点。这些技术通过增大传热面积、实现变沸点相变传热，有效提升了热管理系统的传热效率和均温性。浸没式热管换热器在新能源汽车、AI大模型、数据中心等多个领域具有广阔的应用前景。

浙江银轮机械股份有限公司副总工程师陆国栋对常用冷媒进行了深入分析，包括其基本物性对比、环保与安全性能以及介电能力。通过对比不同冷媒的临界温度、临界压力、饱和蒸气压等参数，揭示了不同冷媒在热管理系统中的适用性。陆国栋强调，冷媒选择需综合考虑环保性、安全性和介电性能，以确保热管理系统的稳定运行。

陆国栋｜浙江银轮机械股份有限公司副总工程师

以下为演讲内容整理：

新能源汽车冷媒选型核心指标解析

冷媒选择需综合评估热力学性能、环保性与安全性三大指标。当前主流冷媒R134a因GWP值（全球变暖潜能值）高达1430，正逐步退出移动制冷领域；替代方案中R1234yf饱和蒸气压与R134a接近（80℃时2.94MPa）且GWP＜1，但制冷效率略低；

图源：演讲嘉宾素材

R290虽具339kJ/kg的高汽化潜热，却因A3类可燃性及30%高于R134a的工作压力，在车载功率元件冷却中风险显著；R744（二氧化碳）环保优势突出，但其7.38MPa临界压力导致系统密封成本激增。

图源：演讲嘉宾素材

相比之下，低压冷媒R1233zd在80℃饱和蒸气压仅1.38MPa，临界温度104.2℃完美适配功率元件100℃±10℃工作温区，且A1安全等级（低毒不可燃）更符合车载要求。介电性能测试进一步揭示：R744超临界状态介电强度达20-30kV/mm，R290液态介电强度显著高于气态，而水分杂质会导致冷媒介电强度骤降50%以上（如含水0.01%的R134a击穿电压下降60%），这对密封工艺提出严苛要求。

图源：演讲嘉宾素材

传热链热阻实验与浸没技术验证

传统热管理方案存在多重热阻叠加缺陷：接触式液冷需经功率元件→导热硅脂→液冷板（一次换热）→管路→chiller（二次换热）→冷凝器（三次换热）→大气，单相浸没液冷虽减少环节但仍需二次换热。

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为验证热端热阻核心症结，实验采用20kW热管换热器在5/7/15m/s三档风速下对比三种方案：接触式（0面浸没）最大传热量仅5.59kW，响应时间＞4分30秒，壁温差高达59℃，热阻分析显示功率元件壁温比冷媒液温高50-75℃；局部浸没（4面）传热能力提升至14.8kW，响应时间缩短至60秒内，壁温差降至18℃，接触热阻占比下降80%；主体浸没（5面）更实现20kW传热量、20秒内响应及＜6℃壁温差，壁温均匀度偏差＜2%。

图源：演讲嘉宾素材

关键数据表明：接触式换热中加热块t2点温度达液温+275℃，而五面浸没时冷媒11秒内启动相变沸腾（接触式需260秒）；显热/潜热对比进一步揭示防冻液显热仅16.8-21kJ/kg（5-6℃温升），R134a相变潜热216kJ/kg则相当于防冻液温升66.7℃，二者相差66倍。

图源：演讲嘉宾素材

四级浸没技术产业化路径与实践

基于浸没面积差异形成四级解决方案：局部浸没（1面）针对带封装碳化硅模块，消除接触热阻同时兼容现有封装结构；部分浸没（4面）适配方形功率元件，传热能力较接触式提升2.6倍；主体浸没（5面）满足高均温芯片需求，实现＜6℃壁温差及40%减重；完全浸没（6面）专用于无封装裸芯，同步消除封装热阻。

图源：演讲嘉宾素材

技术突破：将功率元件直接置入热管内部，打破热管热源外接传热的传统限制；完全消除接触热阻；从热端到冷端只有一个换热器，中间过程为重力热管原理，零能耗，效率远高于已知所有材料的传热能力。

图源：演讲嘉宾素材

技术挑战与行业展望

当前面临三大瓶颈：R290在热泵系统普及需攻克A3类可燃性风险；真空度维持＜10⁻²Pa要求氦检漏率＜5×10⁻¹²Pa·m³/s；主体浸没方案较传统液冷板成本高35%。未来研发聚焦沸点动态可调冷媒、人形机器人关节电机用＜50mm³紧凑型换热器、以及光储充一体化设备浸没式热管理系统。随着低空经济与AI算力需求爆发，该技术将在高功率密度散热领域持续释放变革潜力。

（以上内容来自于浙江银轮机械股份有限公司副总工程师陆国栋于2025年6月18日在2025第三届新能源汽车热管理论坛上发表的《新能源汽车热管理中传热链热端热阻分析及解决方案》主题演讲。）