近年來(lái),隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,新能源汽車的技術(shù)發(fā)展也越來(lái)越成熟,在外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境的推動(dòng)下,新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模也逐漸增大。不同的電池?zé)峁芾矸绞?,所涉及的零件?shù)量,結(jié)構(gòu),布置方式均不相同,根據(jù)整車開發(fā)成本、整車重量、以及布置空間等要求,從而選擇不同類型的熱管理系統(tǒng)。其主要的技術(shù)路線有以下五種類型:
一、直接冷卻型
簡(jiǎn)稱電池直冷技術(shù),直冷系統(tǒng)是電池內(nèi)部?jī)?nèi)置制冷蒸發(fā)器,通過(guò)管路與空調(diào)系統(tǒng)連接,在電池需求冷卻時(shí),利用壓縮機(jī)把壓縮后的冷媒送入電池內(nèi)部蒸發(fā)器,然后帶走電池內(nèi)部熱量達(dá)到冷卻效果。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,制冷效果好,零部件數(shù)量少(只需要一進(jìn)一出的制冷管路),重量輕等優(yōu)點(diǎn)。但是此系統(tǒng)的缺點(diǎn)是無(wú)法在零下低溫條件下給電池加熱,制冷過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝水無(wú)保護(hù),而且制冷劑的溫度均勻性不易控制,制冷系統(tǒng)的壽命短,可靠性低,常常發(fā)生制冷劑泄漏,制冷能力不足等故障。這是目前最新的電池冷卻技術(shù),成熟度比較低,市場(chǎng)上量產(chǎn)車型有比亞迪、特斯拉等車型已經(jīng)開始應(yīng)用,是未來(lái)的一個(gè)主要技術(shù)路線,見圖1。
二、散熱器水冷型
散熱器冷卻回路是一個(gè)獨(dú)立的回路,由散熱器、電子水泵、加熱器等組成,以防凍液為介質(zhì),防凍液從散熱器出來(lái),經(jīng)過(guò)加熱器再到電池,最后又回到散熱器,通過(guò)這種循環(huán)方式來(lái)給電池冷卻和加熱。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本不高,在常年低溫環(huán)境下節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。但是該系統(tǒng)散熱效率低,在夏天高溫氣候環(huán)境下水溫高,不能滿足高溫環(huán)境下的使用工況,見圖2。
三、直冷水冷型
此系統(tǒng)是在直冷與水冷的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合,通過(guò)電池冷卻器Chiller(也叫熱交換器)把空調(diào)系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)進(jìn)行橋接。該系統(tǒng)規(guī)避了前兩種冷卻方式的缺點(diǎn),是目前最常用的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)之一。系統(tǒng)零部件比前兩種多,系統(tǒng)比較復(fù)雜,需求的零部件布置空間相對(duì)較大,在工作時(shí)壓縮機(jī)負(fù)荷大,對(duì)整車耗能大經(jīng)濟(jì)性差。另外,當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)部分出現(xiàn)故障時(shí),電池的冷卻需求得不到最大滿足,見圖3。
四、水冷混合型
該系統(tǒng)是在直冷水冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,再增加一套散熱器水冷系統(tǒng),把兩者按并聯(lián)回路進(jìn)行布置,通過(guò)控制電磁閥,在不同條件下使用不同回路給電池冷卻。在低溫環(huán)境下,只需散熱器水冷系統(tǒng)工作。當(dāng)處于高溫環(huán)境下,切換到直冷水冷系統(tǒng)工作。在惡劣工況下,兩個(gè)系統(tǒng)可以同時(shí)工作,電池還可以獲得最大冷卻能力,基本可以覆蓋所有使用環(huán)境。此套冷卻系統(tǒng)極其復(fù)雜,成本高,對(duì)整車布置空間要求高,系統(tǒng)的控制策略復(fù)雜,穩(wěn)定性及可靠性是一個(gè)挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)在市場(chǎng)大多混合動(dòng)力PHEV車型上也有使用,已擁有成熟技術(shù),見圖4。
五、風(fēng)冷卻型
該系統(tǒng)則是直接把乘員艙制冷的冷風(fēng)通過(guò)管道引到電池,使用該冷風(fēng)對(duì)電池進(jìn)行空氣冷卻。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,冷風(fēng)溫度可控,系統(tǒng)成本低。但是同樣具有直冷系統(tǒng)的缺點(diǎn),系統(tǒng)無(wú)制熱功能,且電池表面產(chǎn)生的冷凝水不易干燥,對(duì)電池內(nèi)部有侵蝕污染的風(fēng)險(xiǎn)。一般不推薦使用這類熱管理方式,見圖5。
由于汽車的復(fù)雜行駛工況,高速、低速、加速、減速等頻繁變化,電池會(huì)以不同的倍率進(jìn)行放電,過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量聚集,隨著時(shí)間和空間的影響,電池溫度逐漸升高。動(dòng)力電池冷卻性能直接影響電池的使用效率,同時(shí)也會(huì)影響動(dòng)力電池的安全和耐久性。
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