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2022
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07
電池包熱管理系統(tǒng)的三種溫控技術
作者：
風冷
風冷是以低溫空氣為介質(zhì)，利用熱的對流，降低電池溫度的一種散熱方式，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中應用廣泛，如日產(chǎn)聆風（Nissan Leaf）、起亞SoulEV等，在目前的電動巴士、電動物流車中也被廣泛采納。
風冷的基本原理如圖1所示。該系統(tǒng)為風冷熱泵模塊機組，其工作原理是以壓縮制冷循環(huán)為基礎，以制冷劑為載體，通過蒸發(fā)器強制換熱，將熱量從大氣中提取或排出，以滿足制冷或制熱的需要。
液冷
液體冷卻技術通過液體對流換熱，將電池產(chǎn)生的熱量帶走，降低電池溫度。液體介質(zhì)的換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快，對降低最高溫度、提升電池組溫度場一致性的效果顯著。同時，熱管理系統(tǒng)的體積也相對較小。液冷系統(tǒng)形式較為靈活，可將電池單體或模塊沉浸在液體中，也可在電池模塊間設置冷卻通道，或在電池底部采用冷卻板。電池與液體直接接觸時，液體必須保證絕緣（如使用礦物油），避免短路。同時，對液冷系統(tǒng)的氣密性要求也較高。此外就是機械強度、耐振動性以及壽命要求。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等都采用液冷方式。
汽車電池包的冷卻系為強制循環(huán)水冷系，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在電池包中通過能量交換器循環(huán)流動。電池包的液冷系統(tǒng)主要由水泵、電池、能量交換器、水箱、冷凝器等組成。
在冷卻系統(tǒng)中，其實有兩個熱循環(huán)，一個是冷卻電池包的循環(huán)，另一個是電池包加熱循環(huán)，該循環(huán)需要配備特殊的加熱器。這兩個循環(huán)都以電池包為中心，使用同一冷卻液。
直冷
直冷（制冷劑直接冷卻）利用制冷劑（R1 34a等）蒸發(fā)吸熱的原理，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，從而完成對電池系統(tǒng)的冷卻作業(yè)，如圖3所示。
目前，直冷的冷卻方式基本在電動乘用車上應用，最典型的如寶馬i3（i3有液冷、直冷兩種冷卻方案）車型。
直冷冷卻的優(yōu)點在于冷卻效率比液冷高出3～4倍，更能滿足快充需求，結構緊湊，潛在地降低了成本，避免了乙二醇溶液在電池箱體內(nèi)部的流動等。
直冷制冷由蒸發(fā)器進行，蒸發(fā)器與電池組的內(nèi)壁直接接觸以在電池組中進行熱交換。這些蒸發(fā)器由S型制冷盤管組成，壓縮機構的冷空氣流經(jīng)管道，管道溫度很低，通過這些管道間接降低了電池組內(nèi)壁的溫度，實現(xiàn)了熱交換，逐漸降低了電池組的溫度。當電池組中的空氣遇到低溫電池組的內(nèi)壁時，其表面會形成霜（霜是水蒸氣的白色晶體，當水蒸氣突然遇到低溫物體時，其表面會冷凝結霜），這是直接冷卻電池組帶霜的根本原因。電池組在結霜后可由加熱系統(tǒng)自動加熱和移除。
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