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電池液冷技術到底有什么優(yōu)勢

時間:2022-03-21 14:49:03來源:

導語:?剛剛過去的冬季可能還讓電動車車主們心有余悸,大家都知道,冬季是電動汽車的夢魘,不少車型的續(xù)航里程都會大打折扣,更嚴重的是,有些車型會因為低溫而開啟保護程序,導致無法充電。

  這些車型不乏采用“大廠“電芯的產(chǎn)品。其實,電芯之于電動汽車,猶如磚頭之于大廈。大廈的質量絕非僅僅受磚塊影響,整體的設計、施工無比重要。電動汽車同理,并不是說采購了某品牌的電芯就意味著高枕無憂。

  動力電池是一個系統(tǒng)工程,電芯質量、成組技術、管理技術、溫控技術、生產(chǎn)工藝等等都是影響電池穩(wěn)定性和壽命的重要因素。尤其是熱管理技術,對用車體驗有著非常大的影響。不同的熱管理方案會帶來截然不同的實際效果。下面筆者將為大家介紹常見的電池組熱管理方案。

  ?一、常見的4種冷卻方式

  ?1、自然冷卻

  自然冷卻的原理利用空氣自然對流來換熱,通俗理解就是靠自然風吹。這是初級的散熱方案,優(yōu)勢是結構簡單,成本低,占用空間較小;但缺點也很明顯,散熱效率低,無法適應大功率充放電冷卻需求,一般用于運行工況緩和、對成本非常敏感的二輪電摩以及部分低端汽車。

  ?2、強制風冷

  強制風冷通過風扇將空氣引入電池包內(nèi)部,強迫冷空氣流過電芯表面后排出,將電芯產(chǎn)生的熱量帶到外部。形象的理解就是,相對自然冷卻而言,強制風冷可以主動制造空氣流動,不再“靠天吃飯”,比自然冷卻效率更高一些,從而能更好的適應大功率充放電。不過,雖然強制風冷的散熱效率較自然冷卻有了較大提升,但仍然遠不及液冷。此外,風冷系統(tǒng)對進出風口的需求使得電池系統(tǒng)的密封性很難達到一個較高的等級水平。

  ?3、液冷

  ?液冷方式主要通過冷卻液為電池系統(tǒng)降溫。首先,冷凝器、壓縮機等設備為冷卻液強制降溫,低溫冷卻液流經(jīng)電池系統(tǒng)內(nèi)部與電芯發(fā)生熱交換以后,再流回熱交換器與低溫制冷劑進行熱交換,從而將電池產(chǎn)生的熱量帶出電池系統(tǒng)。液冷比風冷的散熱效率更高,能滿足大功率充放電的散熱需求,同時液冷散熱更均勻,電芯溫差小,對于增強電池系統(tǒng)穩(wěn)定性、提升壽命有很大幫助。不過,液冷系統(tǒng)運轉時會消耗一定的能量,且相對風冷系統(tǒng)成本也略有增加。

  ?4、直冷

  ?直冷系統(tǒng)與液冷系統(tǒng)結構類似,但直冷會直接將汽車空調系統(tǒng)的制冷劑注入電池包內(nèi)部,低溫的制冷劑可以更快速地帶走電池內(nèi)部的熱量,散熱效率更高。但是直冷系統(tǒng)也有弱點,一是對系統(tǒng)氣密性要求高,對生產(chǎn)制造工藝提出了更高的要求;二是直冷系統(tǒng)的散熱均勻性不易控制,電芯溫差存在過大的風險。

  ?最為重要的一點,直冷系統(tǒng)無法集成加熱功能,需要通過另外安裝一套獨立的加熱系統(tǒng)(通常是加熱膜或者PTC組件)來應對冬季低溫。

  ?上述各項方案中,只有液冷系統(tǒng)可以利用現(xiàn)有結構實現(xiàn)夏季制冷,冬季加熱功能,同時保證電池系統(tǒng)的高密封等級水平,從而使電池快速恢復活性。

  ?總體來說,液冷方案能較好的滿足電池包散熱和升溫的問題,從而保障電池包大功率充放電的穩(wěn)定性,生產(chǎn)工藝上相對容易實現(xiàn),在性能、成本上達到了一個相對理想的平衡。

  量產(chǎn)電動跑車前途K50就采用了液冷方案,以保障電池系統(tǒng)大功率輸出的時的穩(wěn)定性。前途K50的電池系統(tǒng)由同為長城華冠子公司的華特電動提供,一家專注于新能源汽車關鍵零部件的供應商。在電動汽車整體解決方案尤其是液冷熱管理系統(tǒng)方面,華特電動無疑是最有實力的廠家之一。

  ?二、華特電動:液冷方案專家

  ?1、模塊化設計

  華特電動研發(fā)的標準電池箱尺寸710*275*200mm,重量56kg,總能量7.88kWh。標準電池箱基于模塊化的設計理念打造,可以自由組合成不同形狀、不同容量、不同電壓的動力電池組,從而適配不同車型。當能量密度更高的電芯面市之后,整車廠只要需要訂購升級之后的標準箱替換,即快速推出續(xù)航更長的改款車型,無需修改車輛結構和電池包結構件,節(jié)約升級的時間及各項成本。

  ?2、液冷方案,應對冬夏嚴寒

  ?華特電動的標準箱采用了液冷的冷卻方案,同時集成了兩種冷熱交換方式:弱冷和強冷。當電池組溫度在45℃以下時,用散熱器來降溫,這樣可以節(jié)約系統(tǒng)能耗;溫度在45℃以上時,用靠壓縮機來降溫,快速散熱,保障電池系統(tǒng)在-40℃~60℃范圍內(nèi)可以長時間持續(xù)穩(wěn)定地工作。

  ?正如前方所述,風冷冷卻效率低,密封可靠性差,直冷冷卻方式是單冷系統(tǒng),無法同時實現(xiàn)為電池加溫的功能。而華特電動的液冷結構不僅可以實現(xiàn)散熱功能,亦可以實現(xiàn)為電池加溫的功能。

  ?冬季,電池受低溫影響,活性會變差,充放電能力都會受到較大影響。華特電動的液冷系統(tǒng)可在極寒條件下(-30℃)保證電池組正常充電,并保證電池在低溫環(huán)境中正常放電,實現(xiàn)車輛0動力損失。

  ?另外,液冷加熱速度最快可以使電池升溫0.6℃/min,而加熱膜、PTC等方式最快僅0.3℃/min。不僅加熱速度方面有差別,華特電動的液冷方案加熱也更均勻,可將電芯溫差控制在5℃,而加熱膜和PTC加熱均勻性相對較差,電芯溫差約在8-10℃。

  ?電池單體溫差過大會使電芯內(nèi)部的電化學反應速率出現(xiàn)不均衡,最終將導致單體壽命、容量、內(nèi)阻出現(xiàn)差異,影響電池包的性能和壽命。華特電動的熱管理方案可以做到更小的溫差,這意味著更長的電池壽命,也意味著更低的返修率。

  ?液冷系統(tǒng)工作時會為冷卻液加熱或者制冷,要消耗一定的能量,因此華特電動在電池箱體保溫方面下了不少功夫,通過SMC殼體、云母片、保溫泡棉等創(chuàng)造絕熱環(huán)境,將電池整體用絕熱環(huán)境來封閉起來,盡最大可能減小外界環(huán)境對電池溫度的影響,從而保證熱管理系統(tǒng)自身超低能耗。

  ?形象一點理解,華特電動為電芯造了一幢房子,保溫效果特別好,所以房子的“空調”非常省電。這意味著整車能耗下降,更多的電量可被用于驅動車輛,續(xù)航里程、用戶體驗都有提升。?

  總結:電池包是一個系統(tǒng)工程,并非各項配件的簡單拼湊,對廠家的設計、制造經(jīng)驗有很高的要求。華特電動的產(chǎn)品已經(jīng)在超大功率的電動跑車K50上成功應用,被證明擁有持續(xù)大功率充放電的能力,性能穩(wěn)定,這近一步證明了其熱管理系統(tǒng)的卓越品質。

  隨著消費者對電動汽車認識的日益深刻,具備優(yōu)秀液冷熱管理系統(tǒng)的電池包,對于一款高品質電動車來說是日趨成為必須選項。擁有全套解決方案的華特也許會成為新時代的贏家。


標簽: 電動汽車動力電池

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