對(duì)于新能源汽車來說,熱管理系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。畢竟有點(diǎn)“嬌氣”的電池,難免會(huì)因?yàn)闇囟冗^高或過低而對(duì)車主“大發(fā)脾氣”。就目前市面上大部分新能源汽車的熱管理系統(tǒng)而言,主要分為風(fēng)冷、液冷和冷媒直冷三派。那么到底哪一種更好,成本和后期維修保養(yǎng)方面有何差異?下面我們從技術(shù)角度來詳細(xì)解讀。
電池為何需要冷卻系統(tǒng)
雖然電動(dòng)車大部分取消了龐大的進(jìn)氣格柵,無需燃油車那般巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的散熱水箱,但電動(dòng)車依舊需要一定程度的冷卻,這是因?yàn)殡姵胤烹姇?huì)產(chǎn)生熱量;電池放電越快,它產(chǎn)生的熱量就越多。
電池的工作原理是電壓差,在高溫下,內(nèi)部的電子會(huì)被激發(fā),從而減小電池兩側(cè)的電壓差。由于電池只能在特定溫度范圍內(nèi)工作。冷卻系統(tǒng)需要能夠?qū)㈦姵亟M保持在大約20-40攝氏度的溫度范圍內(nèi),同時(shí)將電池組內(nèi)部的溫差保持在最低(不超過5攝氏度)。
如果內(nèi)部溫差較大,會(huì)導(dǎo)致每個(gè)電芯的充放電速率不同,從而降低電池組性能。如果電池過熱或電池組溫度分布不均勻,可能會(huì)出現(xiàn)潛在的熱穩(wěn)定性問題,例如容量衰減、熱失控和火災(zāi)爆炸。面對(duì)危及生命的安全問題,電動(dòng)汽車行業(yè)不斷創(chuàng)新以改進(jìn)電池冷卻系統(tǒng)。
風(fēng)冷--更原始的電池冷卻方式
風(fēng)冷結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,宏光MINI EV等主流微型電動(dòng)車,以及早期熱銷的電動(dòng)車(比如日產(chǎn)聆風(fēng)),都采用了這種電池散熱方式。風(fēng)冷的原理是利用自然風(fēng)或電吹風(fēng)配合蒸發(fā)器對(duì)電池進(jìn)行降溫。寒冷天氣對(duì)電池預(yù)加熱,電池模組中間加了電加熱膜,加熱和冷卻都比較簡單,
以空氣為介質(zhì)的風(fēng)冷技術(shù)的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯。其散熱效果顯然不能滿足當(dāng)前新能源汽車工作的散熱要求。而且風(fēng)冷受外界空氣溫度的影響很大,特別是在過熱或過冷的天氣條件下,傳熱效率急劇下降。
液冷-優(yōu)缺點(diǎn)鮮明的復(fù)雜冷卻方式
相比之下,液冷技術(shù)對(duì)于電池的熱管理更為從容。目前,部分車企配備了液冷電池系統(tǒng),冷卻液通過電池內(nèi)部管路,帶走電池工作時(shí)產(chǎn)生的熱量,這與水箱水冷燃油車一樣,但在低溫條件下,系統(tǒng)還會(huì)對(duì)電池組進(jìn)行加熱。
與空氣相比,以冷卻劑為介質(zhì)的系統(tǒng)具有數(shù)十倍的比熱容和更高的傳熱系數(shù),帶來更好的冷卻效果。溫度和溫差明顯降低后,電池組在工作效率、穩(wěn)定性和耐用性上得到顯著提升。當(dāng)然,液體冷卻系統(tǒng)的成本也會(huì)更高。
液冷電池缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,增加了電池組的重量,讓電動(dòng)車的重量普遍超過2噸,就像時(shí)刻滿載的汽車,影響性能,另一方面增加了電池組的體積,侵占車艙空間,相當(dāng)于降低能量密度。
以特斯拉為代表的BMS冷卻管理:每個(gè)電池單元都對(duì)著冷卻液管,管道像蛇一樣纏繞在電池周圍以提供更多的熱量傳遞區(qū)域,高溫低溫均可以控制,如今大多數(shù)高端國產(chǎn)新能源車就是采用這種設(shè)計(jì)。
以雪佛蘭Bolt為代表的散熱片液冷:散熱片增加表面積以增加傳熱速率。熱量通過傳導(dǎo)從電池組傳遞到鰭片,通過液體和空氣帶走熱量,散熱片非常薄,厚度僅為 1 毫米。而當(dāng)電池太冷時(shí),加熱線圈會(huì)加熱整個(gè)系統(tǒng)。
冷媒直冷--快速冷卻的居中方案
冷媒直冷方式是充分利用整車空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑,將其引入電池內(nèi)部蒸發(fā)器中以達(dá)到冷卻目的。冷媒直冷系統(tǒng)主要由以下部分組成:電動(dòng)壓縮機(jī),雙蒸發(fā)器,冷凝器,雙膨脹閥,管道,儲(chǔ)液干燥器。
這種冷媒板設(shè)計(jì)更簡單,但優(yōu)勢(shì)是可拆卸性,冷卻系統(tǒng)可以輕松更換甚至維修。比特斯拉的整體纏繞式更容易拆卸,后期維修成本低。比如比亞迪DM-i,寶馬i3,Jeep插混車等均采用這種設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是無法直接加熱,需要一套新的加熱系統(tǒng)。
選車偵探觀點(diǎn):風(fēng)冷是成本最低的設(shè)計(jì),缺點(diǎn)較大,液冷考慮到冷卻管的布置和熱控制系統(tǒng),成本最高,兩者差距在1000-數(shù)萬之間,像保時(shí)捷Misson R賽用液冷系統(tǒng)成本高達(dá)數(shù)萬,而冷媒直冷介于兩者之間,后期維修更換成本低,是一種居中方案。你的電動(dòng)車采用哪種冷卻方式?歡迎討論。