電池系統(tǒng)的4種冷卻方式

目前動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類，自然冷卻、風(fēng)冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動(dòng)式的熱管理方式，而風(fēng)冷、液冷、直流是主動(dòng)式的，這三者的主要區(qū)別在于換熱介質(zhì)的不同。

溫度因素對動(dòng)力電池性能、壽命、安全性有著至關(guān)重要的影響。一般來說我們期望電池系統(tǒng)能在15~35℃的區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)最佳的功率輸出和輸入、最大的可用能量，以及最長的循環(huán)壽命(雖然低溫存儲更能延長電池的日歷壽命，但在應(yīng)用上實(shí)踐低溫存儲的意義并不大，這一點(diǎn)上電池和人非常相似)。

目前動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類，自然冷卻、風(fēng)冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動(dòng)式的熱管理方式，而風(fēng)冷、液冷、直流是主動(dòng)式的，這三者的主要區(qū)別在于換熱介質(zhì)的不同。

自然冷卻

自然冷卻沒有額外的裝置進(jìn)行換熱。例如BYD在秦，唐，宋，E6，騰勢等采用LFP電芯的車型上都采用了自然冷卻。據(jù)了解后續(xù)BYD在采用三元電芯的車型將切換為液冷。

風(fēng)冷

被動(dòng)風(fēng)冷

風(fēng)冷采用空氣作為換熱介質(zhì)。常見的有兩種，第一種姑且稱為被動(dòng)風(fēng)冷，直接采用外部空氣換熱。第二種則為主動(dòng)風(fēng)冷，可預(yù)先對外部空氣進(jìn)行加熱或冷卻后再進(jìn)入電池系統(tǒng)。早期許多日韓系的電動(dòng)車型采用風(fēng)冷方案。

液冷

液冷采用防凍液(比如乙二醇)作為換熱介質(zhì)。方案中一般會有多路不同的換熱回路，例如VOLT具有散熱器回路、空調(diào)回路、PTC回路，電池管理系統(tǒng)根據(jù)熱管理策略進(jìn)行響應(yīng)調(diào)節(jié)和切換。而TESLAModelS有一個(gè)與電機(jī)冷卻串聯(lián)的回路，當(dāng)電池在低溫狀態(tài)下需要加熱時(shí)，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路串聯(lián)，電機(jī)可為電池加熱。當(dāng)動(dòng)力電池處于高溫時(shí)，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路將被調(diào)節(jié)為并聯(lián)，兩套冷卻系統(tǒng)獨(dú)立散熱。

直冷

直冷采用制冷劑(變相材料)作為換熱介質(zhì)，制冷劑能在氣液相變過程中吸收了大量的熱，相比冷凍液而言換熱效率可提升三倍以上，更快速的將電池系統(tǒng)內(nèi)部的熱量帶走。BMWi3中曾采用過直冷方案。

氣液相變過程中吸

電池系統(tǒng)熱管理方案除了需要考慮冷卻效率以外還需要考慮所有電池溫度的一致性。PACK有著成百上千個(gè)電芯，而溫度傳感器必然無法檢測到每一個(gè)電芯。例如TeslaModelS的一個(gè)模塊中共有444個(gè)電芯，而布置的溫度檢測點(diǎn)僅有2個(gè)。因此需要通過熱管理設(shè)計(jì)使得電池盡可能保持一致。并且較好的溫度一致性是電池功率、壽命、SOC等性能參數(shù)一致的前提。

VOLT電池包中每兩片電芯共用一個(gè)Fin片，以增大冷卻裝置和電池的接觸面積;而在電芯另一側(cè)采用防火隔熱片與相鄰電芯隔離，一方面確保熱量傳導(dǎo)的一致性，另一方面將單一電芯熱失控后對周邊電芯的影響降至最低。

總的來看液冷技術(shù)還是目前最為主流的方式。首先是電池發(fā)展的趨勢始終朝著能量密度更高的方向邁進(jìn)，而高能量密度的電池在安全性上的問題就尤為需要重視，熱失控后產(chǎn)生的負(fù)面影響會越來越大，液冷方案在換熱能力、換熱一致性、PACK密封性、NVH等方面都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。其次液冷在傳統(tǒng)車上早已成熟應(yīng)用，有著完善的供應(yīng)鏈，當(dāng)電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和工藝穩(wěn)定后成本也可得到有效控制。