动力电池的散热方式简介

汽车   2024-12-31 22:50   北京  


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高温下动力电池的散热方式主要有风冷散热液冷散热直冷散热三种。

(1)风冷散热

风冷散热指的是利用风扇并以空气作为载体将电池包的热量带走以达到散热目的的一种方式,又分为自然对流、自然风强制对流、空调冷风强制对流。其中,空调冷风强制对流简单理解就是拿着大风扇把冷风对着电池包使劲吹进行散热。具体来说,是在电池包一端加装散热风扇,另一端留出通风孔,风扇加速空气在电芯的缝隙间的流动速度,从而带走电池工作时产生的高热量。其中,从环境中引来自然风进入风道称为被动风冷,通过热交换把自然风降温后再引入风道称为主动风冷。

专为动力电池冷却用的鼓风机驱动空气通过空调制冷系统的蒸发器后变成了冷风,再去冷却动力电池。这就像是刚倒到杯子里的开水,无法下嘴,于是就使劲对它吹风一般,多吹几口风,杯子里的水就凉得快。这种方式成本比较低,但由于空气的比热容小,所以这种方式能带走的热量也比较少,冷却均匀性难以得到保障,一般适用于电池包容量较小、续驶里程较短、整车重量较轻的车型,如广汽丰田C-HE EV、欧拉黑猫采用的便是风冷散热的方案。    

(2)液冷散热

液冷散热指的是利用液冷介质的对流来对电池包系统进行循环降温的一种方式。这种方式需要在整车空调系统上增加中间换热器(Chiller),在Chiller内部,空调系统内的制冷剂和给动力电池散热的冷却液(一般是水和乙二醇混合溶液)会进行热交换,其中,冷却液在将热量传递给制冷剂之后变成低温冷却液流入动力电池内部并自由循环流动将热量带走(热量最终被传递给了整车空调系统进行循环利用或者排散到环境中去),从而对电池进行冷却,其原理如下图所示。

液冷散热涉及的核心部件包括压缩机、Chiller和水泵,其中水泵则决定了管路内冷却液的流速,流速越快换热性能就会越好。这就像是刚倒到杯子里的开水,无法下嘴,于是把水杯放到冷水水龙头下冲,水龙头的冷水流速越快、流量越大,带走的热量就会越多,水杯里的水就凉得越快。冷却液具有较大的比热容,可以有效吸收电池工作时产生的热量。如果采用的液冷介质可以直接和电芯表面接触进行循环,则称之为直接接触式液冷散热;如果采用的液冷介质不可以直接和电芯表面接触而是需要额外通过金属容器和电芯进行间接接触来进行循环降温的话,则称之为间接接触式液冷散热。液冷散热主要针对大容量的动力电池,典型代表车型有特斯拉Model 3、小鹏G3等。而为了进一步提升续驶里程,已经有部分新能源汽车为电池包采用了如下图所示的液冷散热优化方案。    

在常规场景下,动力电池内部的高温冷却液可以直接进入车辆前部的散热器进行散热,在达到动力电池散热效果的同时,可以减少压缩机的工作时间,提升续驶里程;而在温度较高的情况下,如夏天天气太炎热,此时便会启动压缩机进行制冷,动力电池内的冷却液的流向是通过热管理控制器控制的电磁阀来决定的。

(3)直冷散热

直冷散热是直接使用空调系统中的制冷剂对动力电池进行散热,因而也就没有了Chiller内部制冷剂和冷却液进行热量互换的步骤,又称为制冷剂散热。这种方式冷却效率高、速度快,且结构相对更为紧凑一些,其原理如下图所示。    

看似直冷散热的系统设计很简单,但由于空调系统的制冷剂的压力在静态下一般能达到3~4个大气压(运转后最高可达25个大气压),压力比较大,因而对系统的耐高压性、密封性等设计要求更高,就没有液冷散热方式应用那么广泛了,目前市面上的典型代表车型是宝马i3、比亚迪海豚。    


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