英國工業(yè)潤滑油公司嘉實多 （Castrol） 推出了一種新型直接到芯片的冷卻液，旨在滿足 AI 和高性能計算數據中心的高熱需求。嘉實多直接液體冷卻 PG 25 是一種基于丙二醇的冷卻液，專為數據中心的直接到芯片冷卻應用而設計。它是即用型產品，可防止腐蝕和細菌滋生。

嘉實多熱管理全球副總裁 Peter Huang 表示：“隨著數據中心不斷突破計算能力的界限，直接到芯片冷卻為數據中心提供了管理下一代處理器日益增長的散熱需求的機會。直接到芯片的冷卻系統(tǒng)將液體冷卻劑直接輸送到發(fā)熱組件，從而實現更快的熱傳遞并減少對能源密集型空調系統(tǒng)的依賴。

這些系統(tǒng)的采用情況喜憂參半。去年，Uptime 對該行業(yè)的全球調查發(fā)現，56% 的數據中心運營商仍在為其最高密度（40kW 及以上）的機柜使用空氣冷卻。然而，由于直接芯片冷卻市場能夠管理 AI、機器學習和高性能計算產生的熱量，預計它在未來十年內將取代傳統(tǒng)的空氣冷卻。Omdia Research 預測，到 2028 年，全球數據中心冷卻市場將達到 168 億美元，其中直接到芯片冷卻將占據重要的市場份額。

嘉實多處于液體冷卻領域的前沿。去年，該公司與服務器 IT 設備制造商 Hypertec 合作，共同開發(fā)浸入式冷卻技術。嘉實多在其位于英國 Pangbourne 的總部開發(fā)和測試其冷卻技術。2022 年，該公司向總部承諾投資 5000 萬英鎊（$64.55m），用于開發(fā)新的浸入液，并使客戶和合作伙伴能夠測試適用于新服務器設備的液體冷卻技術。同年，嘉實多與浸入式冷卻專家 Submer 合作，為 Submer 的 SmartPods 等浸入式冷卻系統(tǒng)供應、標準化和開發(fā)下一代浸入式冷卻液。

在2021年至2023年，嘉實多和Virtual Vehicle Research對間接冷卻技術和浸沒冷卻技術的性能進行了比較分析。這項研究部分由COMET K2卓越技術能力中心資助。將通過間接水-乙二醇基板冷卻（water-glycol baseplate cooling）的電池冷卻與越來越流行的浸沒冷卻（mmersion cooling）系統(tǒng)進行了比較。

評估熱傳播阻力的熱流體的設計和測試過程

由于ICE冷卻系統(tǒng)的大量技術遺留，水-乙二醇間接冷卻已經成為當今電動汽車架構中使用的主要冷卻概念。然而，浸沒冷卻在解決新一代電動汽車快速充電期間的溫度管理要求和提高高級電動汽車性能方面越來越被視為更有效。

雖然目前的大多數電池組都是使用基板中通道內的水乙二醇基冷卻劑進行熱管理的，以調節(jié)電池的溫度，但介電Castrol ON EV熱流體（Castrol ON EV thermal fluid）是專門為浸沒冷卻而配制的。公眾號-新能源電池包技術-這使得在一系列操作條件下，在高和低環(huán)境溫度下，能夠顯著改善熱管理和出色的電氣保護，從而延長電池壽命。

Castrol ON EV熱流體粘度與水乙二醇

業(yè)內普遍認為，浸沒液比水乙二醇粘性大得多。嘉實多的第一代ON EV熱流體也是如此，嘉實多客戶成功使用了這種熱流體。嘉實多繼續(xù)開發(fā)更多的液體，生產出嘉實多的第二代浸沒液體，在30°C–2.9cSt的溫度下表現出與水乙二醇液體相似的粘度，而50:50的水乙二醇的粘度為2.7cSt。兩代Castrol ON EV熱流體之間粘度的降低降低了浸沒冷卻電池系統(tǒng)所需的泵功率，從而提高了效率。

在30°C以下，第二代EV熱流體的粘度甚至低于水乙二醇。這意味著，與基于水乙二醇的系統(tǒng)相比，嘉實多的第二代ON EV熱流體需要類似或更低的泵送功率，從而優(yōu)化了溫度管理過程的效率和有效性。

分析重點是確定最佳的電池冷卻解決方案，包括采用浸沒冷卻的方式增加冷卻面積但降低流體的熱性能更好，還是采用間接冷卻的方式降低冷卻面積并提高流體的熱特性更好。

此外，Virtual Vehicle Research還研究了冷卻匯流排（busbar）可能帶來的額外好處——熱環(huán)境如何影響電芯的電氣性能和老化，以及流體閃點是否與安全性能有關。

（T） 快速充電耐久性測試期間中心電池的溫度；（B） 單元在模組內的位置

為了支持這項研究，用7個NCA鎳鈷鋁（nickel-cobalt-aluminum）21700圓柱形電芯設計和構建了浸入式和間接式微型模組。

浸沒冷卻的小型模組采用直接匯流排冷卻，并通過計算流體動力學（CFD）進行設計和優(yōu)化，以實現傳熱和最大限度地降低壓降。

然后對微型模組進行性能和耐久性測試，以分析其熱性能和電氣性能，并進行熱傳播測試。性能和耐用性測試條件是為了復制真實的快速充電場景，即在3C充電速率下充電10-90%，相當于不到20分鐘的充電時間。

性能分析發(fā)現，浸沒冷卻改善了快速充電時電芯的熱梯度（thermal gradient）和峰值溫度，第二代嘉實多ON EV熱流體將表面電芯熱梯度降至1.5°C以下。

耐久性評估表明，浸沒冷卻可以從電芯中提取更多性能。浸入式冷卻模組通過恒流充電獲得的容量比間接冷卻模組高25%，盡管存在更高的電應力（electrical stress），其降級率（degradation rate）仍低16%。值得注意的是，嘉實多和Virtual Vehicle Research預計，隨著充電率的提高，這種差異將增大。

試驗期間和試驗后的間接滲透試驗

為了衡量浸沒和間接冷卻系統(tǒng)的安全性，嘉實多和虛擬車輛設計了一系列熱失控（thermal runaway）測試。這些測試是在氧氣有限的密封室中進行的，以觀察任何故障，并確保模組不發(fā)生完全損壞。

使用釘子穿透方法來引發(fā)中心電池的熱失控。熱失控會導致熱傳播，受損電芯的熱量通過對流和傳導傳遞到相鄰電芯，這一過程可能導致整個電池組的災難性故障。

在測試過程中，間接冷卻微型模組起火并繼續(xù)燃燒，直到測試室內的氧氣耗盡。如果有足夠的氧氣，整個模組很可能已經被摧毀。相比之下，浸沒冷卻模組在減緩熱傳播方面被證明是有效的，盡管它沒有針對安全性進行優(yōu)化。散熱而非流體的閃點決定了浸沒冷卻系統(tǒng)的安全性。有效的散熱是排氣管理和將熱量從受損電池中傳導出去的流體的結合。

浸入式模組預測試、測試期間和測試后

Castrol ON EV熱流體的開發(fā)旨在通過直接冷卻單個電芯來幫助避免熱傳播的風險，在這些電芯中，高溫會因過度充電或短路而導致不可逆故障。使用浸沒冷卻系統(tǒng)，可以更好地對單個電池的熱事件進行熱管理。公眾號-新能源電池包技術因此，如果發(fā)生這種情況，它們可以在源頭進行滅火（quench），這與間接冷卻系統(tǒng)不同。

總之，Castrol和Virtual Vehicle的分析強調，通過Castrol ON EV熱流體的浸入式冷卻能夠實現持續(xù)的超快充電和熱傳播緩解。與間接冷卻替代方案相比，浸沒冷卻方法在峰值溫度、電芯之間和電池之內梯度以及散熱方面明顯顯示出優(yōu)越的熱性能。

此外，通過浸沒冷卻獲得更高的性能并不以容量為代價。研究表明，通過將數據外推到更高的能量密度電池和更高的充電率，浸沒系統(tǒng)和間接系統(tǒng)之間的差異將變得更加明顯。

Castrol ON導熱油是Castrol ON系列產品的一部分，還包括Castrol ON- e-transmission油和Castrol-ON e-greases。

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