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电池包热管理系统的三种温控技术
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2019-02-11 09:31:01



    一、概述
    电池包(PACK)内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响,因此,使电池包内维持一定的温度范围区间就显得尤其重要,冷却与加热是常用的形式,下面将对风冷、液冷、直冷三种冷却方式进行简单介绍。

    二、风冷
    风冷是以低温空气为介质,利用热的对流,降低电池温度的一种散热方式,分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。该技术利用自然风或风机,配合汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,在早期的电动乘用车中应用广泛,如日产聆风(Nissan Leaf)、起亚SoulEV等,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。
    风冷的基本原理如图1所示。该系统为风冷热泵模块机组,其工作原理是以压缩制冷循环为基础,以制冷剂为载体,通过蒸发器强制换热,将热量从大气中提取或排出,以满足制冷或制热的需要。

    三、液冷
    液体冷却技术通过液体对流换热,将电池产生的热量带走,降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快,对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著。同时,热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活,可将电池单体或模块沉浸在液体中,也可在电池模块间设置冷却通道,或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时,液体必须保证绝缘(如使用矿物油),避免短路。同时,对液冷系统的气密性要求也较高。此外就是机械强度、耐振动性以及寿命要求。液冷是目前许多电动乘用车的优选方案,国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉、通用沃蓝达(Volt)、华晨宝马之诺、吉利帝豪EV等都采用液冷方式。
    液冷基本原理如图2所示。汽车电池包的冷却系为强制循环水冷系,即利用水泵提高冷却液的压力,强制冷却液在电池包中通过能量交换器循环流动。电池包的液冷系统主要由水泵、电池、能量交换器、水箱、冷凝器等组成。

    在冷却系统中,其实有两个热循环,一个是冷却电池包的循环,另一个是电池包加热循环,该循环需要配备特殊的加热器。这两个循环都以电池包为中心,使用同一冷却液。

    四、直冷
    直冷(制冷剂直接冷却)利用制冷剂(R1 34a等)蒸发吸热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从而完成对电池系统的冷却作业,如图3所示。

    目前,直冷的冷却方式基本在电动乘用车上应用,最典型的如宝马i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)车型。
    直冷冷却的优点在于冷却效率比液冷高出3~4倍,更能满足快充需求,结构紧凑,潜在地降低了成本,避免了乙二醇溶液在电池箱体内部的流动等。
    直冷制冷由蒸发器进行,蒸发器与电池组的内壁直接接触以在电池组中进行热交换。这些蒸发器由S型制冷盘管组成,压缩机构的冷空气流经管道,管道温度很低,通过这些管道间接降低了电池组内壁的温度,实现了热交换,逐渐降低了电池组的温度。当电池组中的空气遇到低温电池组的内壁时,其表面会形成霜(霜是水蒸气的白色晶体,当水蒸气突然遇到低温物体时,其表面会冷凝结霜),这是直接冷却电池组带霜的根本原因。电池组在结霜后可由加热系统自动加热和移除。
 

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