一、常见的4种冷却方式
1、自然冷却
自然冷却的原理利用空气自然对流来换热,通俗理解就是靠自然风吹。这是初级的散热方案,优势是结构简单,成本低,占用空间较小;但缺点也很明显,散热效率低,无法适应大功率充放电冷却需求,一般用于运行工况缓和、对成本非常敏感的二轮电摩以及部分低端汽车。
2、强制风冷
强制风冷通过风扇将空气引入电池包内部,强迫冷空气流过电芯表面后排出,将电芯产生的热量带到外部。形象的理解就是,相对自然冷却而言,强制风冷可以主动制造空气流动,不再“靠天吃饭”,比自然冷却效率更高一些,从而能更好的适应大功率充放电。不过,虽然强制风冷的散热效率较自然冷却有了较大提升,但仍然远不及液冷。此外,风冷系统对进出风口的需求使得电池系统的密封性很难达到一个较高的等级水平。
3、液冷
液冷方式主要通过冷却液为电池系统降温。首先,冷凝器、压缩机等设备为冷却液强制降温,低温冷却液流经电池系统内部与电芯发生热交换以后,再流回热交换器与低温制冷剂进行热交换,从而将电池产生的热量带出电池系统。液冷比风冷的散热效率更高,能满足大功率充放电的散热需求,同时液冷散热更均匀,电芯温差小,对于增强电池系统稳定性、提升寿命有很大帮助。不过,液冷系统运转时会消耗一定的能量,且相对风冷系统成本也略有增加。
4、直冷
直冷系统与液冷系统结构类似,但直冷会直接将汽车空调系统的制冷剂注入电池包内部,低温的制冷剂可以更快速地带走电池内部的热量,散热效率更高。但是直冷系统也有弱点,一是对系统气密性要求高,对生产制造工艺提出了更高的要求;二是直冷系统的散热均匀性不易控制,电芯温差存在过大的风险。
最为重要的一点,直冷系统无法集成加热功能,需要通过另外安装一套独立的加热系统(通常是加热膜或者PTC组件)来应对冬季低温。
上述各项方案中,只有液冷系统可以利用现有结构实现夏季制冷,冬季加热功能,同时保证电池系统的高密封等级水平,从而使电池快速恢复活性。
总体来说,液冷方案能较好的满足电池包散热和升温的问题,从而保障电池包大功率充放电的稳定性,生产工艺上相对容易实现,在性能、成本上达到了一个相对理想的平衡。
量产电动跑车前途
K50(参数|图片)就采用了液冷方案,以保障电池系统大功率输出的时的稳定性。前途K50的电池系统由同为长城华冠子公司的华特电动提供,一家专注于新能源汽车关键零部件的供应商。在电动汽车整体解决方案尤其是液冷热管理系统方面,华特电动无疑是最有实力的厂家之一。
二、华特电动:液冷方案专家
1、模块化设计
华特电动研发的标准电池箱尺寸710*275*200mm,重量56kg,总能量7.88kWh。标准电池箱基于模块化的设计理念打造,可以自由组合成不同形状、不同容量、不同电压的动力电池组,从而适配不同车型。当能量密度更高的电芯面市之后,整车厂只要需要订购升级之后的标准箱替换,即快速推出续航更长的改款车型,无需修改车辆结构和电池包结构件,节约升级的时间及各项成本。
2、液冷方案,应对冬夏严寒
华特电动的标准箱采用了液冷的冷却方案,同时集成了两种冷热交换方式:弱冷和强冷。当电池组温度在45℃ 以下时,用散热器来降温,这样可以节约系统能耗;温度在45℃ 以上时,用靠压缩机来降温,快速散热,保障电池系统在-40℃ ~60℃ 范围内可以长时间持续稳定地工作。
正如前方所述,风冷冷却效率低,密封可靠性差,直冷冷却方式是单冷系统,无法同时实现为电池加温的功能。而华特电动的液冷结构不仅可以实现散热功能,亦可以实现为电池加温的功能。
冬季,电池受低温影响,活性会变差,充放电能力都会受到较大影响。华特电动的液冷系统可在极寒条件下(-30℃ )保证电池组正常充电,并保证电池在低温环境中正常放电,实现车辆0动力损失。
另外,液冷加热速度最快可以使电池升温0.6℃ /min,而加热膜、PTC等方式最快仅0.3℃ /min。不仅加热速度方面有差别,华特电动的液冷方案加热也更均匀,可将电芯温差控制在5℃ ,而加热膜和PTC加热均匀性相对较差,电芯温差约在8-10℃ 。
电池单体温差过大会使电芯内部的电化学反应速率出现不均衡,最终将导致单体寿命、容量、内阻出现差异,影响电池包的性能和寿命。华特电动的热管理方案可以做到更小的温差,这意味着更长的电池寿命,也意味着更低的返修率。
液冷系统工作时会为冷却液加热或者制冷,要消耗一定的能量,因此华特电动在电池箱体保温方面下了不少功夫,通过SMC壳体、云母片、保温泡棉等创造绝热环境,将电池整体用绝热环境来封闭起来,尽最大可能减小外界环境对电池温度的影响,从而保证热管理系统自身超低能耗。
形象一点理解,华特电动为电芯造了一幢房子,保温效果特别好,所以房子的“空调”非常省电。这意味着整车能耗下降,更多的电量可被用于驱动车辆,续航里程、用户体验都有提升。
总结:电池包是一个系统工程,并非各项配件的简单拼凑,对厂家的设计、制造经验有很高的要求。华特电动的产品已经在超大功率的电动跑车K50上成功应用,被证明拥有持续大功率充放电的能力,性能稳定,这近一步证明了其热管理系统的卓越品质。
随着消费者对电动汽车认识的日益深刻,具备优秀液冷热管理系统的电池包,对于一款高品质电动车来说是日趋成为必须选项。拥有全套解决方案的华特也许会成为新时代的赢家。
(文/电驹)