電動車鋰電池液體冷卻方法推薦

我個人的觀點來看，對電動車來說，關(guān)于電池組的熱管理最為靠譜的方法是類似于以下的方法。

從可靠性的角度，我將評估一下tesla的18650圓柱形電池的制造可靠性，和其內(nèi)部連接的熔絲的可靠性。Tesla的電池組從本質(zhì)上來看，不具備低成本的可能。這是因為本身18650電池造價較低，但是為了保證小電池之間的串并級聯(lián)，要付出很多的安全性的考慮。那么多熔絲的連接對于大規(guī)模生產(chǎn)來說可能充滿很大的難度。Toyota在新能源車上具有很強的實力，但它的電動車計劃遭受嚴(yán)重的挫折以后，對大容量電池這塊的嘗試卻是很少的。本質(zhì)上它的插入式 prius更偏向于混合動力車多一些。

總結(jié)一下這么做的幾個特點：

1.電池包可以做到非常緊湊，中間幾乎沒有空隙。

2.抗震和抗沖擊性比較好，可以在電池CELL之間添加沖擊吸收緩沖材料。

3.把散熱的過程轉(zhuǎn)換為加熱過程，使得鋰電池在低溫下的運行保證了可能。

4.保證了電池CELL的散熱的均勻性。

5.成本相對較高，主要是在高壓泵和聚合物電池的價格上，兩者都有很大的降價空間。

6.安全性，聚合物電池本身的安全性易于管理。

在SAE的這篇論文中，作者提到了模塊冷卻的仿真方法 Integrated Simulation Process for the Thermal Management of LiIon Batteries in Automotive Applications

總體而言，這篇文章有些偏于理論化，整個設(shè)計也存在一些問題。

在SAE的這篇論文中，較為詳細(xì)的介紹了聚合物電池的發(fā)熱評估Thermal Characterization Management of PHEV Battery Packs(Compact Power, Inc)。

關(guān)于散熱片的內(nèi)部流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計也會對水流的分布和散熱(加熱)的效率產(chǎn)生一定的影響，這直接影響到CELL(這個CELL一般是好幾個電池并聯(lián)的大cell)的各個部分之間溫度的不均勻。

Delphi關(guān)于上半部分所述的方案(電動車鋰電池液體冷卻方法推薦(上))是有專利的，不知道是否意味著這樣的結(jié)構(gòu)不能被使用了(如圖1所示)：

由于液體冷卻只是把熱量從電池組內(nèi)部搬移出來，因此需要解決更多的問題，GM目前關(guān)于這塊最為完善的，有興趣可以參見VOLT的一些散熱方面的圖。

武曄卿老師寫了兩篇導(dǎo)論性的文章：

《電子產(chǎn)品熱設(shè)計》

《電子設(shè)備熱設(shè)計(續(xù))》

這里想提的一點是，在將工業(yè)系統(tǒng)移植入汽車中的過程中的時候，整個電子類產(chǎn)品的熱設(shè)計(包括電機(jī)、電機(jī)控制器、DC/DC高壓轉(zhuǎn)換和充電器，最為特殊的是電池組)這些部件的散熱要求通通需要嚴(yán)格考慮。如同以前曾經(jīng)總結(jié)過的那樣，在大熱天的情況下，汽車不僅要承受地面高至40度以上的環(huán)境溫度，還要把乘客艙的熱量散出去，在底盤上的這些設(shè)備面臨著系統(tǒng)性的熱管理的風(fēng)險。

圖1

我有時候始終無法理解，目前的中國直流充電標(biāo)準(zhǔn)對電動車大巴電池組將會帶來多大的傷害，其次無法理解32A的特殊車載的充電器，按照中國的電壓，應(yīng)該是6.6KW，竟然有廠家做出來不是液體冷卻的充電器來了；殘酷的事實是，為了符合大部分地區(qū)和較為苛刻的要求，韓國，日本和美國的供應(yīng)商在2.2KW以上的充電器等級的時候，都采取液體冷卻。這固然和車的系統(tǒng)有關(guān)，國內(nèi)的技術(shù)太超前了。

整個散熱系統(tǒng)有著較為系統(tǒng)性的控制要求，特別是對電池來說，需要像保溫設(shè)備一樣，擁有不同的散熱控制算法，來保證電池組在合適的溫度范圍內(nèi)，保證電池組內(nèi)的單體的溫度均勻性。在分析的過程中，我覺得可能需要通過的幾個步驟才能簡略的得到一組設(shè)計結(jié)果：

1.通過整車的工況，估算電池組需要放電和充電的工況;

2.使用仿真來驗證以上的條件;

3.通過估算推導(dǎo)在放電和充電條件下電池組產(chǎn)熱情況;

4.考慮系統(tǒng)的選擇方案(液冷和風(fēng)冷); 注：事實上，需要進(jìn)一步細(xì)分，參閱《HEV電池產(chǎn)熱與散熱考慮》。

5.以正常值考慮單體電池需要的散熱條件;

6.在既定的散熱條件下(液冷為進(jìn)口水壓和溫度，風(fēng)冷為風(fēng)扇的功率和進(jìn)風(fēng)口的空氣的溫度控制)設(shè)計相應(yīng)的散熱片或者散熱間隙;

7.通過流體設(shè)計軟件來仿真結(jié)果。

這樣的步驟可能有些太簡單了，對系統(tǒng)的散熱設(shè)計這方面，我屬于剛剛接觸的范疇。希望和大家一起交流，提高一下設(shè)計水平。