為了滿足電動車?yán)m(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(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)計目標(biāo)

當(dāng)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(kuò)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(dāng)鋰離子電池處于高溫環(huán)境時，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，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(shè)計更加靈活，適用性更強(qiáng)的液冷系統(tǒng)，方便PACK設(shè)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(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)計方法，具體的設(shè)計過程包括以下6個步驟：

1.設(shè)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(jìn)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(jié)果修正數(shù)模；

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

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

5.整個液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式評審及可量產(chǎn)化風(fēng)險評估；

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(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、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，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(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，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，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(jìn)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(qiáng)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(jié)

通過上述液冷系統(tǒng)開發(fā)流程，可以設(shè)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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