為了滿足電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程要求，電動(dòng)車所用單體電池的能量密度持續(xù)攀升。電池能量密度的增加導(dǎo)致電池包熱負(fù)荷的增大，加上為了追求高續(xù)航能力，單車電芯數(shù)量增加，然而由于整車布置空間與車重要求，這就導(dǎo)致電芯之間間隙減小，散熱空間減小,傳統(tǒng)的自然散熱和強(qiáng)制風(fēng)冷已無法滿足電池在大倍率充放電等車輛使用工況下的冷卻需求。為了將動(dòng)力鋰電池的溫度保持在合適范圍內(nèi)，保證電池系統(tǒng)的安全及使用壽命，就需要開發(fā)高效率液冷系統(tǒng)。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)

當(dāng)鋰離子電池處于低溫環(huán)境時(shí)，電池內(nèi)的活性物質(zhì)活性低，電解液內(nèi)阻和粘度高，離子擴(kuò)散速度慢，若對(duì)電池的充放電功率不加以限制，會(huì)引起電池內(nèi)部鋰離子析出，造成電池容量的不可逆衰減，并且會(huì)給電池的使用埋下安全隱患。當(dāng)鋰離子電池處于高溫環(huán)境時(shí)，電池的副反應(yīng)增加，從而導(dǎo)致循環(huán)過程中不斷消耗鋰離子，電池容量衰減快，若電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量來不及散失而在電池內(nèi)部迅速積累，可能會(huì)使電池發(fā)生劇烈燃燒并產(chǎn)生爆炸；當(dāng)電池單體間溫差過大時(shí)，會(huì)造成電池模組內(nèi)各電池單體使用性能與容量衰減速率不一致，從而影響電池總成的整體表現(xiàn)。因此，電池包液冷系統(tǒng)的開發(fā)內(nèi)容及要求包括：

1.研究不同液冷板的制作工藝，并對(duì)比不同液冷形式的優(yōu)缺點(diǎn)、成本及其適用范圍；

2.開發(fā)流道設(shè)計(jì)更加靈活，適用性更強(qiáng)的液冷系統(tǒng)，方便PACK設(shè)計(jì)；

3.開發(fā)換熱效率更高的液冷系統(tǒng)，冷卻時(shí)，冷卻速率不小于0.2℃/min，加熱時(shí)，加熱速率不小于0.3℃/min；

4.開發(fā)均溫性更好的液冷系統(tǒng)，冷卻過程，電池包的最大溫差不超過5℃，加熱過程，電池包的最大溫差不超過8℃；

5.開發(fā)可靠性更高的液冷系統(tǒng)，耐壓350kPa以上，使用壽命達(dá)10年之久；

6.液冷系統(tǒng)的總流阻在20~30kPa范圍內(nèi)；

7.液冷系統(tǒng)需要有泄漏風(fēng)險(xiǎn)管控、絕緣防護(hù)、阻燃要求等安全性保障。

二、開發(fā)過程

為了設(shè)計(jì)滿足開發(fā)要求的電池包液冷系統(tǒng)，就需要采用系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，具體的設(shè)計(jì)過程包括以下6個(gè)步驟：

1.設(shè)計(jì)輸入（確定流量、電池發(fā)熱功率與電池包內(nèi)模組布置方式等）；

2.進(jìn)行液冷系統(tǒng)的流場(chǎng)仿真、熱場(chǎng)仿真與振動(dòng)仿真，通過仿真結(jié)果修正數(shù)模；

3.液冷板打樣制作（機(jī)加工），并進(jìn)行熱性能測(cè)試及型式試驗(yàn)；

4.設(shè)計(jì)方案修正，2次打樣，并進(jìn)行熱性能測(cè)試及型式試驗(yàn)；

5.整個(gè)液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式評(píng)審及可量產(chǎn)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

6.確定可量產(chǎn)化液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。

三、液冷板類型

目前新能源車市場(chǎng)的液冷板類型主要有以下幾種：

1.口琴管式液冷板

口琴管式液冷板具有成本低、重量輕、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其流道單一、接觸面積小、管道壁薄，導(dǎo)致它的換熱效果一般且承重能力較差。

2. 沖壓式液冷板

沖壓式液冷板具有流道可任意設(shè)計(jì)、接觸面積大、換熱效果好、生產(chǎn)效率高、耐壓與強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，但由于其需要開模，因此成本較高，且對(duì)平整度要求高，安裝難度大。

3.吹脹式液冷板

吹脹式液冷板具有成本低、換熱效果好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其材質(zhì)偏軟，因此在耐壓與強(qiáng)度方面存在較大的短板。

4.平行流管式液冷帶

平行流管式液冷帶具有換熱效果好、適用于圓柱形電芯的優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此成本高。

5.型材加攪拌摩擦焊

這種將型材通過攪拌摩擦焊連接成型的液冷板具有可靠性好、承重能力好、表面平整度好、換熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，但由于其厚度較厚且加工方式復(fù)雜，因此成本高、重量重且空間占有率高。

四、測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證液冷板的性能與安全可靠性，需要對(duì)液冷板進(jìn)行如下三個(gè)方面的測(cè)試：

1.出貨檢測(cè)

1）外觀檢測(cè)；

2）尺寸檢測(cè)；

3）常溫密封性。

2.熱性能測(cè)試

1）冷卻性能測(cè)試；

2）加熱性能測(cè)試。

3.型式試驗(yàn)

1）低溫密封性測(cè)試；

2）壓降測(cè)試；

3）靜壓強(qiáng)度測(cè)試；

4）爆破試驗(yàn)；

5）耐高低溫性能試驗(yàn)；

6）壓力交變?cè)囼?yàn)；

7）振動(dòng)試驗(yàn)；

8）鹽霧試驗(yàn)；

9）內(nèi)部腐蝕試驗(yàn)。

五、總結(jié)

通過上述液冷系統(tǒng)開發(fā)流程，可以設(shè)計(jì)出滿足電池冷卻、加熱與均溫性要求的的液冷系統(tǒng)。

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