詳細(xì)剖析動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)3種冷卻方法

目前，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池為鋰離子電池，鋰離子動(dòng)力電池的性能對(duì)溫度變化較敏感，車輛上的裝載空間有限，車輛所需電池?cái)?shù)目較大，電池均為緊密排列連接。

在電動(dòng)汽車中，冷卻系統(tǒng)主要分為兩部分：一是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車輛控制器和DC/DC等部件冷卻，二是對(duì)供電系統(tǒng)的動(dòng)力電池和車載充電器冷卻。本篇探討動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)。

目前，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池為鋰離子電池，鋰離子動(dòng)力電池的性能對(duì)溫度變化較敏感，車輛上的裝載空間有限，車輛所需電池?cái)?shù)目較大，電池均為緊密排列連接。當(dāng)車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運(yùn)行時(shí)，電池會(huì)以不同倍率放電，以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，加上時(shí)間累積以及空間影響會(huì)產(chǎn)生不均勻熱量聚集，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度復(fù)雜多變。

動(dòng)力電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率，同時(shí)也會(huì)影響到電池壽命和使用安全。由于充放電過(guò)程中電池本身會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而導(dǎo)致溫度上升，而溫度升高會(huì)影響電池的很多特性參數(shù)，如內(nèi)阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。

為了使電池包發(fā)揮最佳性能和壽命，需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu)，對(duì)它進(jìn)行熱管理，增加散熱設(shè)施，控制電池運(yùn)行的溫度環(huán)境。

主要冷卻方案

不同的熱管理系統(tǒng)，零部件類型的結(jié)構(gòu)不同、重量不同以及系統(tǒng)的成本不同和控制方式不同，使得系統(tǒng)所達(dá)到的性能也不相同。在進(jìn)行電池包熱管理系統(tǒng)類型設(shè)計(jì)選擇時(shí)，需要考慮到電池的冷卻性能需求，結(jié)合整車的性能以及空間大小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本高低也是要考慮的因素。

圖表1 不同電池冷卻方案優(yōu)劣勢(shì)比較

不同冷卻系統(tǒng)工作示意

1、風(fēng)冷

國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車電池組的冷卻方式上主要有以下幾種：空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻。目前空氣冷卻方式仍然是主要采用的方法，空氣冷卻比較容易實(shí)現(xiàn)，但冷卻效果不佳。

圖表2 典型風(fēng)冷系統(tǒng)工作示意圖

2、液冷

液體冷卻有較好的冷卻效果，而且可以使電池組的溫度分布均勻，但是液體冷卻對(duì)電池包的密封性有很高的要求，如果采用水這類導(dǎo)電液體，需用水套將液體和電池單體隔開，這樣不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性而且降低了冷卻效果。

一般冷卻系統(tǒng)都是安裝在電池組模塊附近，原理和空調(diào)的制冷原理相似，冷卻系統(tǒng)通過(guò)管路和單個(gè)電池模塊相連，管路里循環(huán)流動(dòng)冷卻液(一般是乙二醇)，將單個(gè)電池模塊的熱量帶走，冷卻系統(tǒng)將乙二醇制冷，多余熱量通過(guò)風(fēng)扇排到外界，而乙二醇再次循環(huán)進(jìn)入電池模塊，繼續(xù)吸收電池散發(fā)的熱量。

圖表3 典型液冷系統(tǒng)工作示意圖

3、熱管技術(shù)

熱管技術(shù)可以滿足電池組的高溫散熱與低溫預(yù)熱雙工況要求，響應(yīng)快，溫度均勻性好，作為電池組新的冷卻方法被提出后，有了一定的發(fā)展，且作為產(chǎn)業(yè)研究的重點(diǎn)方向，但是受到布置和體積的限制，目前還沒(méi)有實(shí)車使用。

圖表4 熱管技術(shù)工作示意圖

從現(xiàn)有電動(dòng)汽車動(dòng)力電池冷卻方式來(lái)看，風(fēng)冷一直占據(jù)主要的位置，尤其是日系電動(dòng)汽車，基本采用風(fēng)冷系統(tǒng)。隨著應(yīng)用環(huán)境對(duì)電池的要求越來(lái)越高，液冷也成為車企業(yè)的優(yōu)先方案，如特斯拉、寶馬等品牌。我國(guó)主流電動(dòng)乘用車企業(yè)也開始轉(zhuǎn)向液冷系統(tǒng)，從中長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)看，液冷將占據(jù)主流。

電池包冷卻系統(tǒng)主要組件

不同的冷卻系統(tǒng)有相對(duì)應(yīng)的冷卻組件：風(fēng)冷系統(tǒng)主要部件為風(fēng)機(jī)，液冷系統(tǒng)主要部件為冷卻板。

風(fēng)冷系統(tǒng)組件：冷卻風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、電阻絲

風(fēng)機(jī)的選型直接影響電池包空冷系統(tǒng)的冷卻效果。風(fēng)機(jī)的選型要求如下：根據(jù)電池的熱生成速率確定空氣流量；滿足每個(gè)模塊的溫升要求；基于系統(tǒng)所需空氣流量以及系統(tǒng)的壓降曲線選擇滿足要求的風(fēng)機(jī)。

液冷系統(tǒng)組件：水冷管道、冷卻泵、冷卻閥、冷卻板

冷卻板作為電池包液冷系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件之一，冷卻板的選型至關(guān)重要。冷卻板的選型必須滿足如下要求：冷卻板的壓降必須滿足客戶要求；冷卻水流動(dòng)的一致性要求；爆破壓力要求；冷卻板的機(jī)械要求；冷卻板必須通過(guò)振動(dòng)和沖擊載荷測(cè)試；冷卻板必須滿足公差要求以及空間尺寸要求。

電池冷卻系統(tǒng)組件生產(chǎn)企業(yè)眾多，主要部件大多由傳統(tǒng)電氣企業(yè)提供，目前電池管理系統(tǒng)企業(yè)及PACK組裝企業(yè)也有涉及定制化產(chǎn)品的生產(chǎn)。