В системе терморегулирования электромобилей герметизация трубопроводов хладагента является ключевой технологией, обеспечивающей эффективность теплового насоса, запас хода и экологическую безопасность. Xiaomi Automobile использует усовершенствованный тепловой насос на углекислом газе (R744) и систему с двумя хладагентами R1234yf. Герметизация трубопроводов должна обеспечивать нулевую утечку в течение всего срока службы в диапазоне температур от -40 до 150 °C и максимальном сверхкритическом давлении 300 бар. В этой статье подробно анализируется технологический прорыв Xiaomi в области герметизации трубопроводов хладагента с точки зрения четырёх аспектов: материаловедение, структурные инновации, интеллектуальный мониторинг и технологии производственных линий.
1. Экстремальные требования к уплотнениям хладагента
1. Характеристики среды и условия эксплуатации
Параметры системы R1234yf Проблемы герметизации системы R744 (CO₂)
Рабочее давление 35 бар (газообразное состояние), 100 бар (сверхкритическое состояние). Традиционные уплотнения: отказ при экструзии.
Диаметр молекулы 0,42 нм 0,33 нм Высокий риск протечки (особенно CO₂)
Требования по охране окружающей среды GWP=1 GWP=1 Годовая скорость утечки <0,5 г/год (стандарт ЕС)
Изменение температуры -40℃~120℃ -40℃~150℃ Низкотемпературная хрупкость материалов/Высокотемпературное старение
2. Болевые точки отрасли
Эффект набухания R1234yf: вызывает расширение объема нитрильного каучука (NBR) >30%, разрушение уплотнения.
Сверхкритическая проницаемость CO₂: проницаемость в 10 раз выше, чем у R134a при давлении 100 бар.
Усталость от термического удара: во время быстрой зарядки (-30℃→120℃/мин) разница температур резко меняется, что приводит к расширению трещин резины.
2. Материальная система: конструкция молекулярного барьера
1. Выбор материала матрицы
Материал R1234yf Скорость набухания Проницаемость CO₂ (г·мм/м²·д) Температурная стойкость Решение Xiaomi
HNBR +18% 1200 -40℃~150℃ ✘ Устранено
FKM (стандартный тип) +8% 850 -20℃~200℃ ✘ Низкотемпературная хрупкость
Перфторэфирный каучук (FFKM) +0,5% 90 -25℃~300℃ ✔ Уплотнение магистральных трубопроводов
Композитный слой TPEE/PTFE +2% 45 -60℃~200℃ ✔ Быстроразъемная герметизация соединений
2. Нанотехнологии
Барьерный слой графена: 1,5 мас.% функционализированного графена диспергируется в FFKM, а проницаемость снижается еще на 40%.
Покрытие из молекулярного сита MOF: на поверхности выращивается металлоорганический каркас (например, ZIF-8) с размером пор 0,34 нм.
III. Структурные инновации: от статической герметизации до динамической вибростойкости
1. Уплотнительная конструкция высокого давления
Тип конструкции Сопротивление давлению Место применения Xiaomi Точка инноваций
Металлическое торцевое уплотнение 300 бар Выходной фланец компрессора Керамическое покрытие (Al₂O₃) Пара трения
Тройное композитное уплотнительное кольцо 150 бар Интерфейс электронного расширительного клапана Основная кромка (FFKM) + пружина для накопления энергии + ударопрочная вспомогательная кромка
Самозатягивающийся зажим 100Bar, быстроразъемное соединение для алюминиевой трубки, кольцо предварительной затяжки из сплава с эффектом памяти формы (NiTi)
2. Конструкция, предотвращающая фреттинг-износ
Текстурирование поверхности: выгравированные лазером микроуглубления (диаметр 50 мкм, глубина 10 мкм) для хранения смазочной пленки хладагента.
Асимметричные сильфоны: угол гофры трубопроводного компенсатора составляет 45°, а вибрационная нагрузка снижается на 35% (фактические измерения NVH).
IV. Интеллектуальное производство и управление процессами
1. Процесс производства уплотнительных деталей
Технология технологического процесса: контроль точности
Смешивание Контроль температуры внутреннего смесителя ±1 ℃ (дисперсия графена) Дисперсия наполнителя > 95%
Формовочная вулканизация. Вулканизация с переменной температурой (170℃×5 мин→200℃×2 ч). Допуск на размер ±0,03 мм.
Обработка поверхности Плазменное фторирование (газ CF₄) Поверхностная энергия ≤18 мН/м
Онлайн-обнаружение Машинное зрение + распознавание дефектов ИИ Уровень дефектов <50 ppm
2. Процесс сборки трубопровода
Технология предварительного покрытия: Уплотнительное кольцо предварительно покрыто термореактивным фторсиликоном (активируется при 120 ℃) для замены склеивания на месте.
Контроль угла затяжки: электрический пистолет для затяжки обеспечивает обратную связь в режиме реального времени по напряжению при сборке, что позволяет предотвратить деформацию из-за избыточного давления.
V. Интеллектуальная система контроля утечек
1. Многоуровневая архитектура мониторинга
Уровень Техническое решение Устранение утечек
Корпус уплотнительного кольца. Встроенный тонкопленочный пьезорезистивный датчик. Колебание давления 0,1 бар.
Узел трубопровода. Инфракрасный спектр поглощения (обнаружение характерного пика R1234yf), концентрация 5 ppm
Сравнение расходомеров хладагента на системном уровне. Годовая утечка <2 г, отслеживаемая
2. Логика предупреждения об облаках
Диаграмма
Код
VI. Стандарты проверки и конкурентоспособная продукция
1. Испытание в экстремальных условиях
Горячий и холодный удар: -40℃ (30 мин) → 150℃ (30 мин), 1000 циклов, скорость утечки <0,5 г/год.
Высоконапорная очистка: испытание под давлением воды 450 бар (в 3 раза больше рабочего давления), без выдавливания уплотнений.
Вибрация дороги: стенд имитирует спектр дорожного покрытия на расстояние 300 000 километров, глубина микроизноса < 0,05 мм.
2. Сравнительный анализ эффективности отрасли
Параметры Решение Xiaomi Решение Tesla Среднее по отрасли
Проницаемость CO₂ 45 г·мм/м²·д 68 г·мм/м²·д ＞300 г·мм/м²·д
Время сборки 18 секунд/стык 32 секунды/стык 45 секунд/стык
Скорость утечки системы 0,3 г/год 0,8 г/год 2,5 г/год
Заключение
Технология герметизации автомобильных трубопроводов хладагента Xiaomi обеспечивает пожизненную герметизацию в сверхкритических условиях CO₂ благодаря молекулярному барьеру из перфторэфирного каучука, бионическому покрытию MOF и тройной композитной структуре кромки. Технические барьеры заключаются не только в формуле материала, но и в замкнутом цикле интеллектуального производства и интеллектуального мониторинга: данные о давлении каждого уплотнительного кольца загружаются в облако в режиме реального времени, а в сочетании с инфракрасной спектроскопией и многократным контролем расходомеров риск утечки сводится к минимуму.
Время публикации: 04 июня 2025 г.