儲(chǔ)能溫控系統(tǒng) & 動(dòng)力電池：風(fēng)冷、液冷、冷媒直冷技術(shù)對(duì)比與詳解

電池溫控： 

新能源汽車的動(dòng)力電池可簡(jiǎn)單分為兩大類：分別是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。相較于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池的優(yōu)點(diǎn)就是能量密度更高，同等體積下動(dòng)力電池容量更大，但缺點(diǎn)也很明顯，就是熱穩(wěn)定性較差，對(duì)環(huán)境溫度比較敏感，需要較高的安全保護(hù)，這也是為什么只有三元鋰電池版本的車型才有液冷散熱系統(tǒng)的原因。眾所周知電動(dòng)汽車核心部件是動(dòng)力電池，那電池是如何保證最佳性能、壽命以及安全性呢？

工作溫度是至關(guān)重要的影響因素，原因也很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡姵丶扰吕溆峙聼?，在低溫、高溫下性能都?huì)明顯衰減。

      

而電池溫控系統(tǒng)的存在，可保證電池在合適的溫度下工作，可提高電池使用壽命，確保電池安全。今日小編帶大家重點(diǎn)了解下電池溫控系統(tǒng)中的電池冷卻。

      

現(xiàn)在市面上所售的電動(dòng)車，所采用的主動(dòng)式冷卻系統(tǒng)主要有風(fēng)冷、液冷、直冷三種方式。從使用的普及度來(lái)說(shuō)，曾經(jīng)用得比較多的是風(fēng)冷冷卻，現(xiàn)階段業(yè)界內(nèi)使用最多的是液冷冷卻。而冷媒直冷作為一種新技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角。

      

下面我們進(jìn)行詳細(xì)介紹：

1、風(fēng)冷冷卻

       

風(fēng)冷冷卻的原理比較像電腦的散熱原理，說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是在電池邊上加一個(gè)電扇， 通過(guò)電扇的作用來(lái)為電池包降溫，不過(guò)電扇吹出來(lái)的風(fēng)會(huì)受到外界因素的影響，所以溫度較高的時(shí)候，電扇的降溫效果也就沒(méi)那么好。

     

但其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本也較低，所以對(duì)于一些電池容量很小或是主打價(jià)格優(yōu)勢(shì)的電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，多數(shù)會(huì)選擇風(fēng)冷冷卻。

2、液冷冷卻

      

液冷則是通過(guò)流動(dòng)在電池內(nèi)部液冷板中的冷卻液帶走電池在工作中所產(chǎn)生的熱量，以達(dá)到降低電池溫度的效果。從實(shí)際的使用效果來(lái)說(shuō)，液體介質(zhì)的換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度也更快，所以對(duì)于提升電池溫度的均勻性效果更好。

      

液冷熱管理的核心部件是壓縮機(jī)、chiller（電池冷卻器）還有水泵。壓縮機(jī)作為制冷的動(dòng)力發(fā)起點(diǎn)，決定著整個(gè)系統(tǒng)的換熱能力。chiller則起到了制冷劑和冷卻液的熱交換作用，換熱量的大小也直接決定著冷卻液的溫度。

      

水泵則是用來(lái)決定冷卻液的流速，流速越快換熱性能就會(huì)越好，反之亦然。簡(jiǎn)單說(shuō)就是在電池里放一根水管，需要降溫的時(shí)候就往水管里灌冷水，通過(guò)冷水帶走熱量來(lái)降溫。

      

所以從技術(shù)的角度來(lái)看，液冷系統(tǒng)對(duì)于電池的溫度控制效果要優(yōu)于風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)能力的要求更高。

3、冷媒直冷

     

 冷媒直冷是將電池冷卻系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)高度耦合，相當(dāng)于將空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器直接放入電池包中。

      

直冷系統(tǒng)主要由電動(dòng)壓縮機(jī)、電池直冷板、電子膨脹閥、儲(chǔ)液器、氣液分離器等主要部件組成。

      

工作原理為：電動(dòng)壓縮機(jī)1排出的高溫高壓制冷劑蒸氣經(jīng)艙外換熱器2冷凝，在儲(chǔ)液器4后分流至兩個(gè)子回路，分別流經(jīng)電子膨脹閥5、9節(jié)流后進(jìn)入電池冷板6以及艙內(nèi)蒸發(fā)器10蒸發(fā)吸熱，匯合流經(jīng)氣液分離器13以過(guò)熱狀態(tài)回到壓縮機(jī)，完成一個(gè)完整的直冷冷卻循環(huán)。

     

 簡(jiǎn)言之，就是電池通過(guò)直冷板直接與制冷劑進(jìn)行熱交換。這么直接的好處就是，冷卻效率大幅提升，系統(tǒng)部件大大減少，成本與重量都有較大的降低。

     

 優(yōu)勢(shì)很明顯，但缺點(diǎn)也很直接，需要工程師們克服的難點(diǎn)主要是以下幾點(diǎn)：

①直冷板的耐壓和密封問(wèn)題

直冷板的耐高壓性和密封性要求會(huì)比液冷高很多。液冷板的工作壓力一般在1.3個(gè)大氣壓以內(nèi)，而制冷劑蒸發(fā)壓力一般能夠達(dá)到3-4個(gè)大氣壓，直冷板的耐壓等級(jí)至少要達(dá)到蒸發(fā)壓力的4倍。

三個(gè)大氣壓是什么概念呢，小編特意找了一下花了兩千大洋買的菲仕樂(lè)的高壓鍋，最大耐壓150kPa，也就是1.5個(gè)大氣壓。想想高壓鍋得用多厚的鋼材才能保證不會(huì)炸開(kāi)就知道直冷板這玩意面臨多少工程挑戰(zhàn)（當(dāng)然壓強(qiáng)與力沒(méi)法直接類比，但這樣會(huì)比較直觀。）

②溫度均勻性

      

于電池包來(lái)說(shuō)，不光要保證電芯工作在合理溫度下，同時(shí)還要控制不同的模組之間的溫差不超過(guò)特定的值（一般要求電芯溫差不超過(guò)5℃）。電池里面有多個(gè)電芯，那么就需要盡可能保證電池冷板本身的溫度相對(duì)均勻，受冷媒換熱原理影響，如何設(shè)計(jì)直冷板中冷媒的流向，提升電池溫度均勻性正是直冷系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題。

      

總體來(lái)說(shuō)，由于直冷板涉及兩相流，無(wú)論是部件設(shè)計(jì)難度還是控制難度相對(duì)液冷來(lái)說(shuō)都更難，這也就是為什么當(dāng)前市場(chǎng)主流都是采用液冷方案。目前*馬全系插電混動(dòng)車型、Je*p大指揮官的混動(dòng)版等高端車型都采用了冷媒直冷，*亞迪在刀片電池推出的同時(shí)，也規(guī)劃了全系車型采用冷媒直冷的電池?zé)峁芾矸绞健Ｆ潴w積重量的優(yōu)勢(shì)以及其制冷速度、性能的優(yōu)勢(shì)，都預(yù)示著直冷是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

     

傳祺下半年即將推出的兩款混動(dòng)化車型電池冷卻系統(tǒng)都將采用最先進(jìn)的冷媒直冷系統(tǒng)，系統(tǒng)安全性更強(qiáng)，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力更具優(yōu)勢(shì)。