為了滿足電動車續(xù)航里程要求，電動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致電池包熱負荷的增大，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)的自然散熱和強制風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、設計目標

當鋰離子電池處于低溫環(huán)境時，電池內(nèi)的活性物質(zhì)活性低，電解液內(nèi)阻和粘度高，離子擴散速度慢，若對電池的充放電功率不加以限制，會引起電池內(nèi)部鋰離子析出，造成電池容量的不可逆衰減，并且會給電池的使用埋下安全隱患。當鋰離子電池處于高溫環(huán)境時，電池的副反應增加，從而導致循環(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)生劇烈的化學反應產(chǎn)生大量的熱量來不及散失而在電池內(nèi)部迅速積累，可能會使電池發(fā)生劇烈燃燒并產(chǎn)生爆炸；當電池單體間溫差過大時，會造成電池模組內(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，并對比不同液冷形式的優(yōu)缺點、成本及其適用范圍；

2.開發(fā)流道設計更加靈活，適用性更強的液冷系統(tǒng)，方便PACK設計；

3.開發(fā)換熱效率更高的液冷系統(tǒng)，冷卻時，冷卻速率不小于0.2℃/min，加熱時，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)需要有泄漏風險管控、絕緣防護、阻燃要求等安全性保障。

二、開發(fā)過程

為了設計滿足開發(fā)要求的電池包液冷系統(tǒng)，就需要采用系統(tǒng)化的設計方法，具體的設計過程包括以下6個步驟：

1.設計輸入（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.進行液冷系統(tǒng)的流場仿真、熱場仿真與振動仿真，通過仿真結果修正數(shù)模；

3.液冷板打樣制作（機加工），并進行熱性能測試及型式試驗；

4.設計方案修正，2次打樣，并進行熱性能測試及型式試驗；

5.整個液冷系統(tǒng)結構形式評審及可量產(chǎn)化風險評估；

6.確定可量產(chǎn)化液冷系統(tǒng)結構形式。

三、液冷板類型

目前新能源車市場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、結構相對簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但由于其流道單一、接觸面積小、管道壁薄，導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計、接觸面積大、換熱效果好、生產(chǎn)效率高、耐壓與強度好等優(yōu)點，但由于其需要開模，因此成本較高，且對平整度要求高，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，但由于其材質(zhì)偏軟，因此在耐壓與強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，但由于其結構復雜，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，但由于其厚度較厚且加工方式復雜，因此成本高、重量重且空間占有率高。

四、測試驗證

為了驗證液冷板的性能與安全可靠性，需要對液冷板進行如下三個方面的測試：

1.出貨檢測

1）外觀檢測；

2）尺寸檢測；

3）常溫密封性。

2.熱性能測試

1）冷卻性能測試；

2）加熱性能測試。

3.型式試驗

1）低溫密封性測試；

2）壓降測試；

3）靜壓強度測試；

4）爆破試驗；

5）耐高低溫性能試驗；

6）壓力交變試驗；

7）振動試驗；

8）鹽霧試驗；

9）內(nèi)部腐蝕試驗。

五、總結

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

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