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动力电池冷却系统3大技术路线分析

By 小七哥 •  2018-07-03 22:02 •  9次点击 短消息

动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率,同时也会影响到电池寿命和使用安全。由于充放电过程中电池本身会产生一定热量,从而导致温度上升,而温度升高会影响电池的很多特性参数,如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。



在电动汽车中,冷却系统主要分为两部分:一是对动力系统的驱动电机、车辆控制器和DC/DC等部件冷却,二是对供电系统的动力电池和车载充电器冷却。本篇探讨动力电池冷却系统。



目前,电动汽车动力电池为锂离子电池,锂离子动力电池的性能对温度变化较敏感,车辆上的装载空间有限,车辆所需电池数目较大,电池均为紧密排列连接。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时,电池会以不同倍率放电,以不同生热速率产生大量热量,加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集,从而导致电池组运行环境温度复杂多变。



动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率,同时也会影响到电池寿命和使用安全。由于充放电过程中电池本身会产生一定热量,从而导致温度上升,而温度升高会影响电池的很多特性参数,如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。



为了使电池包发挥最佳性能和寿命,需要优化电池包的结构,对它进行热管理,增加散热设施,控制电池运行的温度环境。

主要冷却方案

不同的热管理系统,零部件类型的结构不同、重量不同以及系统的成本不同和控制方式不同,使得系统所达到的性能也不相同。在进行电池包热管理系统类型设计选择时,需要考虑到电池的冷却性能需求,结合整车的性能以及空间大小,系统的稳定性和成本高低也是要考虑的因素。



图表1 不同电池冷却方案优劣势比较

不同冷却系统工作示意

1、风冷

国内外电动汽车电池组的冷却方式上主要有以下几种:空气冷却、液体冷却、热管冷却。目前空气冷却方式仍然是主要采用的方法,空气冷却比较容易实现,但冷却效果不佳。



图表2 典型风冷系统工作示意图


2、液冷


液体冷却有较好的冷却效果,而且可以使电池组的温度分布均匀,但是液体冷却对电池包的密封性有很高的要求,如果采用水这类导电液体,需用水套将液体和电池单体隔开,这样不仅增加了系统的复杂性而且降低了冷却效果。



一般冷却系统都是安装在电池组模块附近,原理和空调的制冷原理相似,冷却系统通过管路和单个电池模块相连,管路里循环流动冷却液(一般是乙二醇),将单个电池模块的热量带走,冷却系统将乙二醇制冷,多余热量通过风扇排到外界,而乙二醇再次循环进入电池模块,继续吸收电池散发的热量。



图表3 典型液冷系统工作示意图


3、热管技术


热管技术可以满足电池组的高温散热与低温预热双工况要求,响应快,温度均匀性好,作为电池组新的冷却方法被提出后,有了一定的发展,且作为产业研究的重点方向,但是受到布置和体积的限制,目前还没有实车使用。


图表4 热管技术工作示意图


从现有电动汽车动力电池冷却方式来看,风冷一直占据主要的位置,尤其是日系电动汽车,基本采用风冷系统。随着应用环境对电池的要求越来越高,液冷也成为车企业的优先方案,如特斯拉、宝马等品牌。我国主流电动乘用车企业也开始转向液冷系统,从中长期趋势来看,液冷将占据主流。

电池包冷却系统主要组件

不同的冷却系统有相对应的冷却组件:风冷系统主要部件为风机,液冷系统主要部件为冷却板。


风冷系统组件:冷却风道、风机、电阻丝


风机的选型直接影响电池包空冷系统的冷却效果。风机的选型要求如下:根据电池的热生成速率确定空气流量;满足每个模块的温升要求;基于系统所需空气流量以及系统的压降曲线选择满足要求的风机。


液冷系统组件:水冷管道、冷却泵、冷却阀、冷却板


冷却板作为电池包液冷系统中最关键的零部件之一,冷却板的选型至关重要。冷却板的选型必须满足如下要求:冷却板的压降必须满足客户要求;冷却水流动的一致性要求;爆破压力要求;冷却板的机械要求;冷却板必须通过振动和冲击载荷测试;冷却板必须满足公差要求以及空间尺寸要求。


电池冷却系统组件生产企业众多,主要部件大多由传统电气企业提供,目前电池管理系统企业及PACK组装企业也有涉及定制化产品的生产。

综合整理自一览众车、AI汽车制造业


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