使用風冷、液冷還是直冷 純電動汽車電池模組溫控技術全解析
對于傳統(tǒng)汽油車而言,溫控系統(tǒng)主要包含空調(diào)系統(tǒng)和發(fā)動機冷卻系統(tǒng),兩個系統(tǒng)相對獨立。但對于純電動汽車而言,溫控系統(tǒng)要求更為嚴格復雜一般會設計有:空調(diào)制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、電機冷卻系統(tǒng)和電池溫度控制系統(tǒng)。其中電池溫度控制系統(tǒng)更是重中之重。
電池模組內(nèi)的溫度環(huán)境變化對電芯的可靠性、壽命及性能都有很大的影響,因此,使PACK內(nèi)溫度維持的一定的溫度范圍區(qū)間內(nèi)就顯示尤其重要。這主要是通過冷卻與加熱來實現(xiàn),今天跨越小編就對電動汽車模組中的風冷、液冷、直冷三種冷卻方式進行簡單介紹。
風冷模式
風冷模式主要是強制冷風流經(jīng)電池表面進行換熱冷卻。這種方案受外界環(huán)境影響比較大,特別是高溫天氣下,需要從乘員艙引入冷風,換熱效率比較低;因入口風溫比較難控制,故電池溫度也比較難控制。其中風冷模式分為自然冷卻和強制冷卻(利用風機等)。該技術利用自然風或風機,配合汽車自帶的蒸發(fā)器為電池降溫,系統(tǒng)結構簡單、便于維護,在早期的電動乘用車應用廣泛,如日產(chǎn)聆風(Nissan Leaf)、起亞Soul EV等,在目前的電動巴士、電動物流車中也被廣泛采納。
風冷的基本原理圖如下:
(風冷原理示意圖)
(起亞Soul EV風冷路徑圖)
液冷模式
液冷模式即電池采用水冷方式換熱。其結構如下圖所示。一般會增加一個換熱器與制冷循環(huán)耦合起來,通過制冷劑將電池的熱量帶走。整個系統(tǒng)主要包括:電子水泵,換熱器,電池散熱板,PTC加熱器、膨脹水箱。電池需要冷卻時,電池通過散熱板與冷卻液進行換熱,加熱后的冷卻液被電子水泵送入換熱器內(nèi),在換熱器內(nèi)部一側通入制冷劑,一側通入冷卻液,兩者在換熱器內(nèi)充分換熱,熱量被制冷劑帶走,冷水流出換熱器在流入電池,形成一個循環(huán)。電池需要加熱時,關閉制冷回路,開啟PTC加熱器,冷卻液被加熱后送入電池內(nèi)部,通過散熱板加熱電池??梢酝ㄟ^控制制冷回路通斷以及控制PTC加熱功率,來控制冷卻熱的溫度,從而控制電池內(nèi)部溫度。此種方案系統(tǒng)比較復雜,成本比較高。
(動力電池組液冷系統(tǒng)原理圖)
液冷是目前許多電動乘用車的優(yōu)選方案,國內(nèi)外的典型產(chǎn)品如寶馬i3、特斯拉、通用沃藍達(Volt)、華晨寶馬之諾、吉利帝豪EV。
(GM VOLT 5 四代技術)
(GM VOLT 5并聯(lián)冷卻通道)
(GM Volt冷卻結構實體圖)
與VOLT的并行流道相比,特斯拉的液冷采用串行流道,冷板安裝于電池間隙,這個設計的結構設計難度較大,同時,蛇形冷板在較大程度上增加了液冷系統(tǒng)的壓力損失。
(特斯拉液冷結構2D示意圖)
(特斯拉液冷結構實體圖)
直冷模式
直冷模式(制冷劑直接冷卻):利用制冷劑(R134a等)蒸發(fā)潛熱的原理,在整車或電池系統(tǒng)中建立空調(diào)系統(tǒng),將空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器安裝在電池系統(tǒng)中,制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)并快速高效地將電池系統(tǒng)的熱量帶走,從完成對電池系統(tǒng)冷卻的作業(yè)。
目前通過直冷的冷卻方式基本在電動乘用車上,最典型的如BMW i3(i3有液冷、直冷兩種冷卻方案)?!?/p>
(寶馬i3冷卻系統(tǒng)結構1)
(寶馬i3冷卻系統(tǒng)結構2)
直冷冷卻的優(yōu)點在于:
1、冷卻效率比液冷高出3~4倍;
2、更能滿足快充需求;
3、結構緊湊;
4、潛在地降低了成本;
5、避免了乙二醇溶液在電池箱體內(nèi)部流動
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