電動(dòng)車(chē)鋰電池液體冷卻方法推薦

我個(gè)人的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，關(guān)于電池組的熱管理最為靠譜的方法是類(lèi)似于以下的方法。

從可靠性的角度，我將評(píng)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(lái)看，不具備低成本的可能。這是因?yàn)楸旧?8650電池造價(jià)較低，但是為了保證小電池之間的串并級(jí)聯(lián)，要付出很多的安全性的考慮。那么多熔絲的連接對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)可能充滿很大的難度。Toyota在新能源車(chē)上具有很強(qiáng)的實(shí)力，但它的電動(dòng)車(chē)計(jì)劃遭受?chē)?yán)重的挫折以后，對(duì)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(dòng)力車(chē)多一些。

總結(jié)一下這么做的幾個(gè)特點(diǎn)：

1.電池包可以做到非常緊湊，中間幾乎沒(méi)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(guò)程轉(zhuǎn)換為加熱過(guò)程，使得鋰電池在低溫下的運(yùn)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(duì)較高，主要是在高壓泵和聚合物電池的價(jià)格上，兩者都有很大的降價(jià)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(gè)設(shè)計(jì)也存在一些問(wèn)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(píng)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(jì)也會(huì)對(duì)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(gè)CELL一般是好幾個(gè)電池并聯(lián)的大cell)的各個(gè)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(dòng)車(chē)鋰電池液體冷卻方法推薦(上))是有專(zhuān)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(lái)，因此需要解決更多的問(wèn)題，GM目前關(guān)于這塊最為完善的，有興趣可以參見(jiàn)VOLT的一些散熱方面的圖。

武曄卿老師寫(xiě)了兩篇導(dǎo)論性的文章：

《電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)》

《電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)(續(xù))》

這里想提的一點(diǎn)是，在將工業(yè)系統(tǒng)移植入汽車(chē)中的過(guò)程中的時(shí)候，整個(gè)電子類(lèi)產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)(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(guò)的那樣，在大熱天的情況下，汽車(chē)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(pán)上的這些設(shè)備面臨著系統(tǒng)性的熱管理的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1

我有時(shí)候始終無(wú)法理解，目前的中國(guó)直流充電標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)車(chē)大巴電池組將會(huì)帶來(lái)多大的傷害，其次無(wú)法理解32A的特殊車(chē)載的充電器，按照中國(guó)的電壓，應(yīng)該是6.6KW，竟然有廠家做出來(lái)不是液體冷卻的充電器來(lái)了；殘酷的事實(shí)是，為了符合大部分地區(qū)和較為苛刻的要求，韓國(guó)，日本和美國(guó)的供應(yīng)商在2.2KW以上的充電器等級(jí)的時(shí)候，都采取液體冷卻。這固然和車(chē)的系統(tǒng)有關(guān)，國(guó)內(nèi)的技術(shù)太超前了。

整個(gè)散熱系統(tǒng)有著較為系統(tǒng)性的控制要求，特別是對(duì)電池來(lái)說(shuō)，需要像保溫設(shè)備一樣，擁有不同的散熱控制算法，來(lái)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(guò)程中，我覺(jué)得可能需要通過(guò)的幾個(gè)步驟才能簡(jiǎn)略的得到一組設(shè)計(jì)結(jié)果：

1.通過(guò)整車(chē)的工況，估算電池組需要放電和充電的工況;

2.使用仿真來(lái)驗(yàn)證以上的條件;

3.通過(guò)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(shí)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(jì)相應(yīng)的散熱片或者散熱間隙;

7.通過(guò)流體設(shè)計(jì)軟件來(lái)仿真結(jié)果。

這樣的步驟可能有些太簡(jiǎn)單了，對(duì)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)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(jì)水平。