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【聚焦】热失控野马难驯?液冷电池热管理系统或许有招

随着我国新能源汽车保有量的迅速增长,安全性问题也日益突出。动力锂电池在过充电、碰撞情况下,容易引发冒烟、起火甚至爆炸等危险,而这些都是热失控这匹野马惹的祸。而要驯服这匹野马,就得为它套上热管理的缰绳。而动力电池的能量密度、使用寿命等性能也会受温度变化影响,所以热管理的作用就更加重要。

当前普遍使用的风冷技术

当前市面上所售的新能源电动汽车,所采用的电池热管理技术主要分为风冷和液冷两大类。而从现有电动汽车的动力电池冷却方式来看,风冷的比重仍然较大,是目前新能源汽车动力电池中应用广泛的散热技术。

与其他技术相比,风冷技术相对简单、安全,维护也方便。强制气流可以通过风扇产生,也可以利用汽车行进过程中的迎面风或者压缩空气等产生。日本丰田公司的混合动力电动汽车Prius和本田公司的Insight都采用了风冷技术,而通用、日产等汽车公司研制的热管理系统主要也是采用强制风冷形式。

风冷技术虽然能够在低成本的情况下,达到良好的散热性能,但是风冷技术的劣势也非常明显。与液冷技术相比,风冷技术与电池表面之间的热交换系数低,冷却、加热速度慢,电池箱内部温度均匀性不容易控制,电池箱的密封设计较难,防尘、防水效果较差。近期发生的多起电动汽车起火事件,也让许多人开始诟病风冷技术的热管理性能。

液冷技术越来越受青睐

随着应用环境对电池的要求越来越高,液冷技术正逐渐取代风冷技术成为各大车企的优先选择。从目前各整车厂发布的新车型来分析,大中型纯电动汽车继续扩大液冷系统的渗透率,而小型纯电动汽车乃至插电混动汽车,应用液冷系统的新车型也越来越多。

电池中国网了解到,目前国内外的典型车型如宝马i3、特斯拉Model S、通用Volt、华晨宝马之诺、吉利帝豪EV等都采用液冷技术。除此之外,还有更多的车企包括比亚迪、北汽、广汽、别克、云度、江淮、小鹏汽车、奇点汽车等都纷纷采用液冷技术。

特别值得一提的是,前不久刚刚上市的江淮汽车iEV6E运动版,是国内首款搭载21700三元电池的乘用车,同时也是国内首款采用液冷技术的微型纯电动汽车,iEV6E运动版装配的液冷式电池温控系统,可以将电池温度控制在15-35℃之间,在-30℃到55℃的环境下均可正常使用,有分析人士认为其温控性能可媲美特斯拉。

而据国外媒体报道,本田汽车公司今年推出的2018款Clarity插电式混合动力车,其电池组配备了液冷散热系统,这是该公司首次采用液冷散热系统,因为本田现有的混合动力车(HEVs)以及插电式混合动力车的电池组采用都是风冷散热系统。

此外,本田还将电池的能量密度和能量输出密度分别增加了110%和40%。因此,电池组的热量也随之增高。如果使用风冷散热系统解决热量问题,则必须在电池之间设置空气通道,从而会增加电池组的体积,还会很难确保有足够的内部空间。因此,本田电池组开始采用液冷散热系统,散热效果比风冷散热系统高约250%,可有效冷却电池组。

新能源汽车的更高要求

液冷技术的原理,是通过电池包内部的冷却液来带走电池在工作中所产生的热量,以达到降低电池温度的效果。简单说就是在电池包里放一根水管,需要降温的时候就往水管里灌冷水,通过冷水带走热量来降温,需要升温的话就灌热水。从使用的角度来看,液冷系统对于电池包的温度控制效果要优于风冷系统,液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度也更快。

有分析认为,早期用液冷技术的新能源汽车比较少,主要由于当时市场上以A00和A0级车型为主,该类车型对性能的要求不高,同时基于成本问题没有使用液冷技术。

随着补贴退坡和市场的进一步推广,新能源汽车的市场结构将会逐渐趋向于乘用车,A级以上的车型市场份额将提升,也将对续航里程、能量密度、电池容量、充电速率等性能提出更高的诉求。在保证整车性能的同时,还要保证一定的加速性能,所以液冷技术也就成为了主流选择。

有研究数据显示,预计到2022年动力电池冷却系统装配份额中,液冷技术占比将达到55%;按车型来看,插电式混动车型动力电池冷却系统液冷技术占比将达85%,纯电动车型动力电池冷却系统液冷技术占比将达44%。

当前,新能源汽车动力电池高镍化趋势明显,能量密度不断攀升,电池的安全性问题愈发重要,热管理方案逐渐成为新能源汽车的核心竞争力所在。整车企业、电池供应商对于热管理系统的投入也越来越大。而随着液冷等热管理技术的不断创新,让人们对新能源汽车有了更多的期待。

作者:马云腾

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