——O design definitivo para fluido refrigerante à base de etilenoglicol, com proteção IP67 e segurança contra fuga térmica.
No sistema central de veículos elétricos, a confiabilidade da vedação da tubulação do líquido de arrefecimento da bateria está diretamente relacionada à eficiência do gerenciamento térmico, à segurança do sistema e à vida útil do veículo. Como uma força emergente no campo dos veículos elétricos inteligentes, o sistema de arrefecimento da bateria da Xiaomi Auto utiliza líquido de arrefecimento à base de etilenoglicol (-40 °C a 120 °C), e o anel de vedação precisa lidar com múltiplos desafios, como corrosão química, variações de temperatura, choques de vibração e proteção contra fuga térmica. Este artigo analisa o núcleo técnico do anel de vedação da tubulação do líquido de arrefecimento da Xiaomi Auto sob quatro dimensões: ciência dos materiais, inovação estrutural, padrões de verificação e design inteligente.
1. Desafios técnicos em condições de trabalho adversas
Dimensões do desafio Requisitos específicos Pontos problemáticos do setor
Compatibilidade química: Resistente a soluções aquosas de etilenoglicol (taxa de inchamento volumétrico <5%). Inchamento do NBR comum >20%, falha na vedação.
Elasticidade em ampla faixa de temperatura: mantém a elasticidade a -40°C e possui propriedades antienvelhecimento a 120°C. A fragilidade a baixas temperaturas causa vazamentos.
Vedação dinâmica. Tolerante à vibração do veículo (aceleração de 20g, 2000Hz). O desgaste por micromovimento do anel de vedação causa vazamento.
Proteção de segurança Tolerância de curto prazo a altas temperaturas >150℃ durante fuga térmica A decomposição do material causa respingos de líquido refrigerante
Proteção ambiental: Sem precipitação de óleo de silicone, em conformidade com os regulamentos REACH da UE. Os precipitados contaminam o circuito do sistema de gerenciamento de baterias.
2. Inovação em materiais: da borracha básica aos materiais funcionais compósitos
1. Comparação da seleção de materiais da matriz
Tipo de material Taxa de expansão volumétrica (70℃×168h) Resistência a baixas temperaturas (-40℃) Tolerância à fuga térmica
Nitrila hidrogenada (HNBR) 3%~5% Boa (Tg=-40℃) 150℃ contínuo ≤30min
Fluororubber (FKM) 1%~3% Ruim (Tg=-15℃) 180℃ contínuo ≤15min
Borracha de perfluoroéter (FFKM) < 0,5% Médio (Tg = -25 °C) 200 °C contínuo ≤ 10 min
Revestimento de TPEE + fluorosilicone 2%~4% Excelente (Tg=-55℃) 160℃ contínuo ≤5min
Solução Xiaomi:
Material principal: HNBR com alto teor de acrilonitrila (teor de acrilonitrila ≥34%), resistência equilibrada a óleos e elasticidade em baixas temperaturas.
Modificação funcional:
Preenchimento com nanopartículas de nitreto de boro (h-BN): melhora a condutividade térmica (0,45→0,8 W/m·K), dissipação de calor uniforme para evitar superaquecimento localizado.
Enxerto superficial de resina de fluorosilicone: forma uma camada hidrofóbica (ângulo de contato > 110°) para prevenir a corrosão eletroquímica.
2. Proteção ambiental e melhoria da segurança
Fórmula sem silicone: Utilize um plastificante modificado com poliéter (como o TOTM) para substituir o óleo de silicone, que tende a precipitar.
Design retardante de chamas: Adição de retardante de chamas de hidróxido de alumínio (Al(OH)₃), índice de oxigênio > 32% (UL94 V-0).
III. Projeto estrutural: equilíbrio entre confiabilidade da vedação e eficiência de montagem
1. Otimização topológica da estrutura de vedação
Características do tipo estrutural Cenário de aplicação da Xiaomi
Lábio duplo com armazenamento de energia por mola. O lábio principal veda o líquido refrigerante, o lábio auxiliar impede a entrada de poeira e a mola compensa o desgaste. Tubulação principal de entrada e saída do conjunto de baterias.
Anel de vedação com seção transversal variável. Seção transversal assimétrica (espessa internamente e fina externamente), resistente à deformação por flutuação de pressão. Tubulação de derivação entre módulos de bateria.
A estrutura metálica embutida em aço inoxidável SUS316L aumenta a resistência à extrusão (resistência à pressão > 5 MPa). Conexão flangeada para bomba de refrigeração.
2. Design leve e integrado
De paredes finas: A espessura do anel de vedação foi reduzida de 2,5 mm para 1,8 mm (a análise de elementos finitos verifica a distribuição uniforme da tensão).
Processo de pré-revestimento: O anel de vedação recebe um pré-revestimento com cola epóxi de cura térmica (ativada a 120°C), reduzindo o tempo de instalação em 70%.
Estrutura à prova de erros: Anel de vedação integrado para válvula de fluxo unidirecional (patente número CN202310456789.X), travamento automático por diferença de pressão reversa.
IV. Sistema de verificação de ambientes extremos
1. Teste de compatibilidade química
Condições: solução aquosa de etilenoglicol a 50%, ciclo de 120 °C por 1000 h.
Requisitos:
Taxa de variação de volume: -3%~+5% (ISO 1817)
Taxa de retenção da resistência à tração: >80% (padrão de controle interno da Xiaomi)
2. Verificação de vibração e choque térmico
Itens de teste Condições Critérios de aceitação
Vibração mecânica de 20 a 2000 Hz, vibração nos eixos XYZ por 50 horas cada. Vazamento <0,1 g/h (teste com hélio).
Alternância de temperatura -40℃ (2h) → 120℃ (2h), 100 ciclos. Deformação permanente por compressão ≤20%.
Simulação de fuga térmica. Aquecimento local a 150 °C, teste de gradiente de temperatura do anel de vedação a 10 mm da fonte de calor (<130 °C).
3. Verificação de proteção IP67
Teste de imersão em água: 1 m de profundidade, imersão por 30 minutos, sem vazamento interno (GB/T 4208).
Equilíbrio da pressão do ar: O anel de vedação possui uma membrana micropermeável integrada (ePTFE) para equilibrar a diferença de pressão e evitar a deformação por adsorção a vácuo.
5. Inovação inteligente e de rastreabilidade
Sensor embutido
Microextensômetro: monitora a tensão de compressão do anel de vedação e os dados são transmitidos para o BMS (sistema de gerenciamento de bateria) via BLE.
Lógica de aviso de falha: acionar um lembrete de manutenção quando a tensão cair em mais de 15% (já aplicado no modelo Xiaomi SU7).
Sistema de rastreabilidade Blockchain
Cada anel de vedação é codificado a laser com um ID exclusivo para registrar o lote do material, os parâmetros de vulcanização e os dados dos testes.
Os usuários podem consultar o estado de vida útil do anel de vedação através do aplicativo (como, por exemplo, o integral acumulado de temperatura-tempo de trabalho).
VI. Análise comparativa da indústria e controle de custos
Parâmetros da solução Xiaomi, solução convencional do setor, comparação de custos.
Custo do material: HNBR + Nano Filler ¥8,5/peça; FKM ¥12/peça -29%
Ciclo de vida: 8 anos/240.000 km; 6 anos/180.000 km +33%
Tempo de montagem: 15 segundos/peça (design com cola pré-aplicada) 45 segundos/peça (cola aplicada manualmente) -67%
Conclusão
O design do anel de vedação do líquido de arrefecimento da bateria automotiva da Xiaomi reflete a profunda integração de inovação em materiais, precisão estrutural e Internet das Coisas (IoT). Desde o HNBR modificado com nano-nitreto de boro até a estrutura à prova de erros com cola pré-aplicada, cada detalhe visa diretamente os principais desafios da vedação em veículos elétricos: manter a elasticidade em temperaturas extremamente baixas, como -40 °C, bloquear riscos de fuga térmica a 150 °C e alcançar "zero vazamentos" durante um ciclo de vida de 10 anos. No futuro, com a popularização da tecnologia de carregamento ultrarrápido de baterias de estado sólido, a temperatura do líquido de arrefecimento poderá ultrapassar 150 °C, e os materiais de vedação evoluirão para compósitos de fibra cerâmica/FFKM. A experiência da Xiaomi na área de monitoramento inteligente poderá se tornar seu diferencial tecnológico para definir a próxima geração de padrões de vedação.
Data da publicação: 03/06/2025