风冷、液冷还是直冷?解析电池包热管理系统的温控技术

捷能科技

电池包(PACK)内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响,因此,使PACK内温度维持的一定的温度范围区间内就显示尤其重要。这主要是通过冷却与加热来实现,这里我们对风冷、液冷、直冷三种冷却方式进行简单介绍。

风冷

风冷是以低温空气为介质,利用热的对流,降低电池温度的一种散热方式,分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。该技术利用自然风或风机,配合汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,在早期的电动乘用车应用广泛,如日产聆风(Nissan Leaf)、起亚Soul EV等,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。

风冷的基本原理图如下:

风冷原理示意图

起亚Soul EV风冷路径

液冷

液体冷却技术通过液体对流换热,将电池产生的热量带走,降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快,对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著,同时,热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活: 可将电池单体或模块沉浸在液体中,也可在电池模块间设置冷却通道,或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时,液体必须保证绝缘( 如矿物油) ,避免短路。同时,对液冷系统的气密性要求也较高。此外,就是机械强度,耐振动性,以及寿命要求。

液冷是目前许多电动乘用车的优选方案,国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉、通用沃蓝达(Volt)、华晨宝马之诺、吉利帝豪EV。

液冷的基本原理图如下:

液冷基本原理图

VOLT的冷却液为乙二醇溶液,每个软包电芯大面冷却,并行流道、紧凑性性、成本较低。

GM VOLT冷却2D图

GM VOLT 5并联冷却通道

GM Volt冷却结构实体图

与VOLT的并行流道相比,特斯拉的液冷采用串行流道,冷板安装于电池间隙,这个设计的结构设计难度较大,同时,蛇形冷板在较大程度上增加了液冷系统的压力损失。

TESLA液冷结构2D示意图

特斯拉液冷结构3D示意图

特斯拉液冷结构实体图

VOLT和特斯拉的冷却方式的对比:

直冷

直冷(制冷剂直接冷却):利用制冷剂(R134a等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从完成对电池系统冷却的作业。

目前通过直冷的冷却方式基本在电动乘用车上,最典型的如BMW i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)。

宝马i3冷却系统结构

直冷冷却的优点在于:

(a)冷却效率比液冷高出3~4倍;

(b)更能满足快充需求;

(c)结构紧凑;

(d)潜在地降低了成本;

(e)避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动

2017年一月份“新能源汽车免费大课堂”电芯主题预告

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