對于車用鋰離子電池產(chǎn)能快速增長的十年，換言之，也是作為車輛配套零件、大規(guī)模應(yīng)用，摸索中艱難前行的十年。從設(shè)計、選型、工藝、生產(chǎn)、測試、實驗、工況場景、性能等等，方方面面的經(jīng)驗收獲背后，無不蘊藏著失敗和教訓(xùn)。時至今日，電池集成技術(shù)從朦朧認(rèn)識，到有的放矢，正逐步走向成熟。但是，更高的要求和期待，正等著我們，擺在我們面前：控制更精準(zhǔn)、功能更安全、成本更低廉。

所有這些性能需求，都和電池的“溫度”控制，有最直接的關(guān)系。所以，從電池冷卻新模式入手分析，看看電池集成有哪些新的需求和新的標(biāo)桿。

附圖1：鋰離子電池溫度性能關(guān)系

從專利技術(shù)看電池冷卻要求的不斷提升

1、 電池浸入式液冷模式：

最近看到一則數(shù)據(jù)信息稱：在贛州落戶的臺灣昶洧新能源汽車開發(fā)公司的產(chǎn)品，電池系統(tǒng)的控溫能力在2℃，詳細(xì)工況、測試方法不詳。但這足以超越了目前Tesla 的5℃（另一種說法是10℃）電池均溫能力。出于好奇，我查看了其在美國申請的電池冷卻專利，看看是否有直接的關(guān)聯(lián)： 

（Patent number: 10059165

Abstract: A battery pack is provided including: a plurality of battery cells arranged in multiple battery cell rows; one or more heat exchange spaces; and a device for providing heat exchange to the battery pack. Further, the device includes a heat conduction medium passage arranged in the heat exchange spaces, such that the heat conduction medium passage surrounds multiple battery cells each battery cell row. The heat conduction medium passage is provided with at least a first group of channels and a second group of channels, which are in contact with the surface of each battery cell, and a heat conduction medium is provided in the first group of channels and the second of channels. The heat conduction medium flows in the first group of channels in a direction opposite from the flow of the heat conduction medium in the second group of channels.

Type: Grant

Filed: November 10, 2016

Date of Patent: August 28, 2018

Assignee: THUNDER POWER NEW ENERGY VEHICLE DEVELOPMENT COMPANY LIMITED）

（以上信息僅供學(xué)習(xí)交流，不得轉(zhuǎn)發(fā)和它用 ）

采用這種浸液電池冷卻模式，其實，早在幾年前，國內(nèi)某廠家已在嘗試和做實驗。從另一個應(yīng)用場景，變壓器的油浸冷卻也是這個原理?？磥恚煌I(lǐng)域嫁接技術(shù)應(yīng)用，不失為一個好的方法，把這項技術(shù)付諸汽車工程應(yīng)用，也是一項有價值的創(chuàng)新。當(dāng)然了，這中間肯定還有很多技術(shù)細(xì)節(jié)需要攻克。再結(jié)合前期該公司公布的產(chǎn)品信息，電池選型采用21700圓柱電芯?？磥?，他們是采用了21700電池結(jié)合浸液式冷卻。當(dāng)然了，更詳細(xì)信息，有待后期跟蹤和學(xué)習(xí)。

2、微陣列熱管技術(shù)，熱流密度0.07~0.3W/cm2,控溫＜35℃，均溫＜3℃

附圖2：電池殼體下底板微陣列熱管應(yīng)用

附圖3：各種傳熱模式和換熱能力對比

附圖4：高溫散熱特性

該項技術(shù)是中國科學(xué)院工程熱物理研究所開發(fā)的原創(chuàng)技術(shù)，深圳市邁安熱控科技有限公司將該技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。目前已在電池系統(tǒng)中有應(yīng)用案例。

上述兩個案例，都是從物理量，導(dǎo)熱的響應(yīng)速度、均溫的精準(zhǔn)、控溫的能力方面探索和分析的，如果是電池浸液模式，冷卻液有配套對應(yīng)的產(chǎn)品嗎？

配套企業(yè)迅速跟進(jìn)，促進(jìn)和加快了新冷卻模式工程化

3M 在浸入式冷卻液的開發(fā)和應(yīng)用案例

Immersion Cooling Application In Battery Thermal Management

電池浸入式冷卻液不僅僅讓電池模組具有很好的冷卻性、傳熱性、均溫性，而且還具備很好的安全性。安全性來自兩個方面，一方面是良好的絕緣特性、另一方面，溶液對熱失控產(chǎn)生的高溫、燃燒的抑制、阻隔作用。滿足導(dǎo)熱功能的同時，也擔(dān)負(fù)起了功能安全的重責(zé)。

基于上述兩個案例，看看熱管理技術(shù)的發(fā)展短板和電池性能新標(biāo)桿是什么。

熱管理技術(shù)短板：滯后于電池集成需求，“控溫性”、“均溫性”有待提高

從某種意義上說，電池?zé)峁芾砑夹g(shù)是嚴(yán)重滯后于電池集成需求的。在電池集成發(fā)展之初，就沒有作為關(guān)鍵技術(shù)加以重視。記得很早的時候，測過leaf第一代產(chǎn)品常規(guī)工況的溫差狀態(tài)可達(dá)11℃，果不其然，用戶對第一代leaf電池容量衰減的抱怨從來沒有停止過，更甚的是，爆出三年的電池容量衰減已經(jīng)非常嚴(yán)重。Leaf的產(chǎn)品,更傾向于被動空冷模式,也是成本最低的方案。我相信日產(chǎn)設(shè)計之初，一定有過這方面的風(fēng)險評估，只是沒有想到有如此嚴(yán)重。

看看我們國內(nèi)產(chǎn)品冷卻技術(shù)發(fā)展，一直是跟隨的角色。同樣，沒有引起足夠的認(rèn)識。從豐田prius的主動風(fēng)冷、到通用Volt的主動水冷發(fā)展的同時，國內(nèi)產(chǎn)品還一直遵循著EV不需要冷卻或靠殼體散熱的理念。所以說，國內(nèi)的某些電池產(chǎn)品，三年就出現(xiàn)衰減的“美麗傳說”也就不足為奇了?？磥恚専峁芾碚嬲墓芾砥饋?，主要來自認(rèn)知的問題。粗放設(shè)計產(chǎn)品的作法已到了淘汰的邊緣。

電池性能需求新標(biāo)桿： 電池溫度需要精準(zhǔn)可控 

其實，我們在起草產(chǎn)品技術(shù)條件(SOR)的時候，對均溫性（溫差）的一個劃一性、模糊要求：5℃，是不完整的，也是一個非常苛刻的要求?？梢岳斫鉃?，全工況、全SOC、全工作溫度范圍內(nèi)的上限溫差值。我想Tesla的電池是控溫、均溫能力很強的系統(tǒng)，也很難覆蓋這一個需求。所以說，區(qū)段要求，對于不同工況，更合理一些。

在第一版的SOR中，首先確定典型值溫差要求。設(shè)計后期可根據(jù)實驗工況，再補充更多的點或數(shù)值進(jìn)來。如下圖約束條件，僅供參考：

（上表僅供參考思路，具體數(shù)值、條件要根據(jù)具體電池或系統(tǒng)確定）

電池性能需求新標(biāo)桿：控溫的高效性，低耗能

其實，熱管理的降溫和升溫，都是需要消耗能量的。對于動力電池的寶貴的總能量，是不可忽略的負(fù)載，所以，低耗能技術(shù)，顯得格外重要。

目前采用的電池系統(tǒng)保溫措施，就是最早的一種控溫措施原形。還有儲熱技術(shù)應(yīng)用等等，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，確實也影響其在車輛上的應(yīng)用進(jìn)程。不過，工程技術(shù)人員探索的腳步從來都沒有停止過。

總結(jié)

前面所述冷卻模式，并不一定能代表冷卻趨勢，只是個例，但是尋求滿足電池性能最大化的目標(biāo)是正確的。

電池系統(tǒng)隨著整車出廠時，作為關(guān)鍵零件和指標(biāo)，在提到電池質(zhì)保的時候，表達(dá)方式多種多樣：5年、8年、10萬公里、16萬公里、20萬公里等等，有一點各個廠家是有區(qū)別的，就是容量衰減的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)承諾不同。容量的衰減，很大程度取決于后段的熱管理水平。通過這些年的實踐摸索，熱管理的需求逐漸的清晰起來，毋庸置疑，把它放到關(guān)鍵的位置，緊跟電池集成的腳步，做到 “知冷知熱”，就是產(chǎn)品最終目標(biāo)或標(biāo)桿。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >