主要內(nèi)容：

• 一、被動與主動
• 2.直接接觸和間接接觸
• 3、液冷電池散熱效果

 

動力電池以液體為介質(zhì)進行熱管理，包括液體冷卻系統(tǒng)和液體加熱系統(tǒng)。液冷電池散熱是在風冷電池散熱無法達到預期散熱效果的背景下發(fā)展起來的。液體的導熱系數(shù)和比熱容均高于空氣。表 1 顯示了水在不同溫度下的導熱系數(shù)。液冷電池的冷卻結構可分為被動式和主動式。在被動系統(tǒng)中，液體與外界空氣進行熱交換，將電池熱量散發(fā)出去；在主動系統(tǒng)中，電池熱量通過液液交換散發(fā)出去。

表1 不同溫度下水的熱導率

當介質(zhì)為液體時，可以在電池模組之間設置管道，或者在電池周圍設置護套，或者將電池單體或模組直接浸入液體中。電池與液體直接接觸時，液體可以是水、乙二醇、制冷劑等；當電池不直接接觸時，液體必須是電介質(zhì)，并確保絕緣以避免短路。

液冷電池冷卻的優(yōu)點如下：

（1）由于液體的導熱系數(shù)高，液體與電池壁之間的傳熱系數(shù)高，散熱量大，冷卻速度快，冷卻效率高；

(2)冷卻系統(tǒng)體積小，結構簡單，滿足電動汽車空間緊湊性的特定要求。 

一、被動與主動

液冷電池散熱原理如圖1所示。在被動液冷系統(tǒng)中，液體介質(zhì)流過電池被加熱，溫度升高，熱流體通過泵輸送，與電池進行熱交換。外部空氣通過熱交換器，溫度降低，冷卻后的流體（冷卻劑）再次流動。該電池結構簡單，成本低。在主動液冷系統(tǒng)中，熱流體與外界的熱交換主要通過汽車發(fā)動機制冷劑或與空調(diào)系統(tǒng)結合進行。能源_被動液冷系統(tǒng)的能耗主要來自水泵和風機，而主動液冷系統(tǒng)的能耗主要來自水泵和制冷系統(tǒng)。對于電動汽車，尤其是EV，空調(diào)系統(tǒng)消耗了很大比例的電池能量，主動液冷系統(tǒng)的使用將進一步增加空調(diào)對電池能量的消耗。

圖1 液冷電池散熱示意圖

由于被動式液冷系統(tǒng)主要與外界空氣進行熱交換，當外界環(huán)境溫度較高時，為實現(xiàn)高效散熱，必須加大風速或換熱器面積。此外，被動液冷系統(tǒng)也不適合環(huán)境溫度接近甚至高于電池所能承受的最高溫度的環(huán)境。對于主動式液冷系統(tǒng)，受環(huán)境溫度的影響較小，因為它可以與空調(diào)系統(tǒng)相結合。 

2.直接接觸和間接接觸

根據(jù)電池與冷卻液接觸方式的不同，液冷散熱系統(tǒng)也可分為直接接觸式和間接接觸式兩種。

在直接接觸式液冷系統(tǒng)中，冷卻液與電池或電池模組表面直接接觸，所使用的冷卻液一般為電絕緣、導熱性高的液體（如硅基油、礦物油），可以解決模塊溫度平衡的問題，但由于絕緣液體的粘度較高，通常流速不高，限制了其換熱效果。系統(tǒng)的熱交換效率在很大程度上取決于流體的熱導率、粘度、密度、速度以及流體流過電池的方式。

在間接接觸式液冷系統(tǒng)中，冷卻液在管道中流動，通過翅片或散熱片等介質(zhì)與電池接觸，帶走熱量，從而對電池進行冷卻。對于圓柱形電池，也可以設置成環(huán)套結構。由于沒有保溫要求，也沒有流量限制，可以選用導熱系數(shù)高的液體，換熱效果非常好。但在溫度平衡方面，不如直接接觸式液冷。為了防止泄漏和短路，間接接觸時要求管道的密封性更高。

3、液冷電池散熱效果

與風冷冷卻系統(tǒng)相比，液冷冷卻系統(tǒng)雖然復雜，但冷卻效果更好（表2）。電池單體或模組與液體的傳熱效率與液體的熱學性質(zhì)（如導熱系數(shù)、粘度、密度、流速等）有關。大多數(shù)直接接觸液體，如礦物油，在相同流速下比空氣更有效地傳熱。由于油品粘度大，需要較大的泵送功率，導致流量較低，有效傳熱系數(shù)僅比空氣高1.5～4倍。

表2 液冷與風冷對比

佩薩蘭等人。對發(fā)熱量為30W的電池模組進行了油冷和風冷對比實驗。當風冷和油冷初始溫度均為25℃，電池模組初始溫度為30℃時，風冷后電池模組最高溫度為54℃，油冷為45℃ .

Karimi和Li在棱柱形電池組的兩側(cè)布置了冷卻通道，一側(cè)有空氣，通過通道內(nèi)空氣的自然對流來冷卻電池組；另一側(cè)分別引入空氣、硅油和相變材料（比熱容較大）。而不是液體），電池通過液體的強制對流換熱。結果表明，使用硅油冷卻電池后，距離冷卻通道最近的電池溫度降低了 4°C。

納爾遜等人。比較了硅介電液和空氣的電池熱管理效果，驗證了液體介質(zhì)比空氣具有更好的加熱和冷卻效果。用于水冷鎳鎘電池，電池的熱平衡也得到很好的控制。

張國慶等。設計了EV和HEV電池包的液冷系統(tǒng)，并結合單體D-Sized系列鎳氫電池進行了數(shù)值模擬。仿真結果表明，當液體（礦物油）流速為2m·s ^-1時 ，溫差控制在1℃以內(nèi)。

隨著液冷散熱的不斷發(fā)展，不僅有獨立于電池包的散熱結構設計，也有結合整車的設計。為提升車輛性能，自2012年起，福特汽車公司的鋰寶電動車采用液冷冷卻系統(tǒng)進行電池熱管理。General Motorsd 還開發(fā)了液（水）冷電池熱管理系統(tǒng)。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-22 11:40:38 整理發(fā)布。
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