摘要：

傳統能(néng)源的緊缺和(hé)环(huán)境問(wèn)题的日(rì)益突出(chū)，作(zuò)为(wèi)可(kě)代(dài)替傳統汽車的新(xīn)能(néng)源汽車的发展(zhǎn)越来越成(chéng)为(wèi)人(rén)们(men)关注的热(rè)點(diǎn)。電(diàn)池包，作(zuò)为(wèi)新(xīn)能(néng)源汽車的核心(xīn)部(bù)件(jiàn)，安全(quán)問(wèn)题的重要性(xìng)可(kě)見(jiàn)一(yī)斑。電(diàn)池包的內(nèi)部(bù)温(wēn)度(dù)直(zhí)接影響其(qí)安全(quán)性(xìng)，進(jìn)而(ér)影響到(dào)整車的使用(yòng)安全(quán)。提(tí)高(gāo)電(diàn)池包的安全(quán)性(xìng)，需要控制內(nèi)部(bù)結構温(wēn)度(dù)，因(yīn)此(cǐ)，增加整體(tǐ)結構的散(sàn)热(rè)性(xìng)能(néng)顯得至关重要。液冷闆的使用(yòng)，对(duì)保證電(diàn)池包的安全(quán)性(xìng)、提(tí)高(gāo)使用(yòng)壽命具有(yǒu)重要的應(yìng)用(yòng)意(yì)義。

关鍵词(cí)：

液冷闆;電(diàn)池包;散(sàn)热(rè);冷卻;

一(yī)、背景介紹

電(diàn)池模組作(zuò)为(wèi)電(diàn)動(dòng)汽車上(shàng)的主(zhǔ)要儲能(néng)元(yuán)件(jiàn)，是(shì)電(diàn)動(dòng)汽車的关鍵部(bù)件(jiàn)，直(zhí)接影響電(diàn)動(dòng)汽車的性(xìng)能(néng)。電(diàn)池模組在(zài)使用(yòng)过(guò)程中(zhōng)，由(yóu)于內(nèi)部(bù)電(diàn)芯具有(yǒu)一(yī)定(dìng)的內(nèi)阻，在(zài)正(zhèng)常工作(zuò)时(shí)会(huì)产生(shēng)一(yī)定(dìng)热(rè)量(liàng)，使模組內(nèi)部(bù)温(wēn)度(dù)升(shēng)高(gāo)。電(diàn)芯的正(zhèng)常工作(zuò)温(wēn)度(dù)範圍是(shì) 15～35℃，超过(guò) 60℃会(huì)产生(shēng)一(yī)定(dìng)的安全(quán)隐患，热(rè)量(liàng)的产生(shēng)與(yǔ)迅速堆(duī)積必然使電(diàn)池內(nèi)部(bù)温(wēn)度(dù)升(shēng)高(gāo)，尤其(qí)在(zài)高(gāo)温(wēn)环(huán)境下(xià)使用(yòng)或(huò)者(zhě)在(zài)大(dà)電(diàn)流充放(fàng)電(diàn)时(shí)，可(kě)能(néng)会(huì)引发電(diàn)池內(nèi)部(bù)发生(shēng)劇烈的化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)，产生(shēng)大(dà)量(liàng)的热(rè)。若热(rè)量(liàng)来不(bù)及(jí)散(sàn)出(chū)而(ér)在(zài)電(diàn)池內(nèi)部(bù)迅速積聚，電(diàn)池可(kě)能(néng)会(huì)出(chū)現(xiàn)漏液、放(fàng)气(qì)、冒煙等現(xiàn)象(xiàng)，嚴重时(shí)電(diàn)池发生(shēng)劇烈燃燒甚至爆炸。为(wèi)了(le)杜绝这(zhè)一(yī)危險，需要对(duì)電(diàn)池模組進(jìn)行散(sàn)热(rè)，從而(ér)避免電(diàn)芯长(cháng)时(shí)間(jiān)處(chù)于高(gāo)温(wēn)狀态，進(jìn)而(ér)影響電(diàn)芯的性(xìng)能(néng)，降低(dī)電(diàn)芯的使用(yòng)壽命。

二(èr)、散(sàn)热(rè)冷卻系(xì)統的分類(lèi)

目前電(diàn)動(dòng)汽車采取(qǔ)散(sàn)热(rè)的方(fāng)式有(yǒu)風(fēng)冷、液冷和(hé)热(rè)管(guǎn)。

热(rè)管(guǎn)技術(shù)可(kě)以(yǐ)滿足電(diàn)池組的高(gāo)温(wēn)散(sàn)热(rè)和(hé)低(dī)温(wēn)預热(rè)双(shuāng)工況要求，对(duì)温(wēn)度(dù)變(biàn)化(huà)敏感(gǎn)，温(wēn)度(dù)均勻性(xìng)好，作(zuò)为(wèi)電(diàn)池組的冷卻系(xì)統，有(yǒu)了(le)一(yī)定(dìng)的发展(zhǎn)，但是(shì)受布(bù)局(jú)和(hé)體(tǐ)積的限制，在(zài)新(xīn)能(néng)源動(dòng)力電(diàn)池系(xì)統中(zhōng)，采取(qǔ)的散(sàn)热(rè)方(fāng)式多(duō)種(zhǒng)多(duō)樣(yàng)，目前常見(jiàn)的應(yìng)用(yòng)方(fāng)式为(wèi)風(fēng)冷和(hé)液冷。

風(fēng)冷是(shì)利用(yòng)散(sàn)热(rè)風(fēng)扇(shàn)带(dài)走(zǒu)散(sàn)热(rè)器所(suǒ)吸收(shōu)的热(rè)量(liàng)，價格相对(duì)来说(shuō)比較低(dī)，並(bìng)且(qiě)安裝(zhuāng)方(fāng)式簡單便捷，但受环(huán)境和(hé)其(qí)他(tā)因(yīn)素影響較大(dà)，比如(rú)气(qì)温(wēn)升(shēng)高(gāo)或(huò)是(shì)超頻其(qí)散(sàn)热(rè)性(xìng)能(néng)会(huì)大(dà)受影響。液冷與(yǔ)風(fēng)冷相比，價格貴，但具有(yǒu)安静(jìng)、降温(wēn)穩定(dìng)，对(duì)环(huán)境依賴小的優點(diǎn)。

從現(xiàn)有(yǒu)電(diàn)動(dòng)汽車動(dòng)力電(diàn)池冷卻方(fāng)式来看(kàn)，風(fēng)冷一(yī)直(zhí)占據(jù)主(zhǔ)要位(wèi)置，尤其(qí)是(shì)日(rì)系(xì)電(diàn)動(dòng)汽車，基本(běn)采用(yòng)的是(shì)風(fēng)冷技術(shù)。随應(yìng)用(yòng)环(huán)境对(duì)電(diàn)池的要求越来越高(gāo)，液冷也(yě)成(chéng)为(wèi)車企的優先(xiān)方(fāng)案(àn)。我(wǒ)國(guó)主(zhǔ)流電(diàn)動(dòng)乘用(yòng)車企業也(yě)開(kāi)始(shǐ)轉(zhuǎn)向(xiàng)液冷系(xì)統，從中(zhōng)长(cháng)期趨勢来看(kàn)，液冷将占據(jù)主(zhǔ)流。目前的應(yìng)用(yòng)形式是(shì)，通(tòng)常会(huì)在(zài)電(diàn)池模組中(zhōng)安裝(zhuāng)液冷闆，並(bìng)向(xiàng)液冷闆中(zhōng)注入(rù)液體(tǐ)，来为(wèi)電(diàn)芯散(sàn)热(rè)，液冷闆實(shí)際工作(zuò)温(wēn)度(dù)为(wèi) 10～20℃，利用(yòng)循环(huán)流動(dòng)的液冷劑带(dài)走(zǒu)热(rè)量(liàng)，冷卻電(diàn)池来达(dá)到(dào)散(sàn)热(rè)的目的。

三(sān)、液冷闆的結構及(jí)作(zuò)用(yòng)原理(lǐ)

電(diàn)池模組对(duì)液冷闆有(yǒu)一(yī)定(dìng)的要求。 首先(xiān)是(shì)散(sàn)热(rè)功率大(dà)，能(néng)夠快(kuài)速把模組产生(shēng)的热(rè)量(liàng)带(dài)走(zǒu)，防止温(wēn)度(dù)的急劇攀升(shēng); 其(qí)次(cì)是(shì)可(kě)靠性(xìng)高(gāo)，車輛在(zài)道(dào)路(lù)中(zhōng)行走(zǒu)，處(chù)于工作(zuò)狀态的電(diàn)池包要經(jīng)过(guò)各(gè)種(zhǒng)环(huán)境的檢測，振動(dòng)、沖擊、高(gāo)低(dī)温(wēn)等比較嚴酷的工作(zuò)环(huán)境，動(dòng)力電(diàn)池包的工作(zuò)電(diàn)壓動(dòng)辄幾(jǐ)百(bǎi)伏，冷卻液的洩露将会(huì)成(chéng)为(wèi)一(yī)个(gè)非常嚴峻的問(wèn)题，即使使用(yòng)绝緣性(xìng)能(néng)好的冷卻液，但遇到(dào)外(wài)部(bù)物(wù)質(zhì)的摻雜後(hòu)，也(yě)会(huì)立即降低(dī)它(tā)的绝緣性(xìng)能(néng)，造成(chéng)一(yī)定(dìng)的安全(quán)風(fēng)險，因(yīn)此(cǐ)，液冷闆密封(fēng)可(kě)靠性(xìng)很重要; 再者(zhě)是(shì)散(sàn)热(rè)设計(jì)要精準，避免系(xì)統內(nèi)温(wēn)差过(guò)大(dà)，工作(zuò)温(wēn)度(dù)对(duì)電(diàn)池的性(xìng)能(néng)和(hé)老(lǎo)化(huà)有(yǒu)着很重要的影響; 最(zuì)後(hòu)是(shì)对(duì)重量(liàng)的要求，電(diàn)池包目前注重輕(qīng)量(liàng)化(huà)，这(zhè)就要求包內(nèi)每个(gè)部(bù)件(jiàn)都要做到(dào)輕(qīng)量(liàng)化(huà)，如(rú)果(guǒ)液冷闆占取(qǔ)太多(duō)的重量(liàng)，会(huì)直(zhí)接影響電(diàn)池模組的能(néng)量(liàng)密度(dù)，这(zhè)是(shì)無法(fǎ)接受的。

針(zhēn)对(duì)以(yǐ)上(shàng)問(wèn)题，液冷闆在(zài)设計(jì)的过(guò)程中(zhōng)一(yī)般采用(yòng)鋁(lǚ)基闆埋铜(tóng)管(guǎn)，即将鋁(lǚ)基闆用(yòng)計(jì)算機(jī)數控技術(shù)加工铣槽，再采用(yòng)沖壓機(jī)将已彎好形狀的铜(tóng)管(guǎn)壓到(dào)鋁(lǚ)基闆上(shàng)面(miàn)，然後(hòu)進(jìn)行釺焊焊接。这(zhè)種(zhǒng)设計(jì)，一(yī)方(fāng)面(miàn)鋁(lǚ)的輕(qīng)量(liàng)化(huà)起(qǐ)到(dào)減重及(jí)成(chéng)本(běn)的控制作(zuò)用(yòng)，另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)使铜(tóng)管(guǎn)的高(gāo)導热(rè)性(xìng)能(néng)也(yě)得到(dào)了(le)充分的利用(yòng)。最(zuì)後(hòu)设置两(liǎng)个(gè)進(jìn)出(chū)口(kǒu)，注入(rù)相應(yìng)的液體(tǐ)制冷劑，一(yī)般为(wèi)水(shuǐ)或(huò)者(zhě)水(shuǐ)和(hé)有(yǒu)機(jī)醇的混合物(wù)(醇可(kě)以(yǐ)防止水(shuǐ)在(zài)低(dī)温(wēn)下(xià)結冰)，水(shuǐ)泵控制液體(tǐ)的循环(huán)流通(tòng)。以(yǐ)水(shuǐ)或(huò)者(zhě)其(qí)與(yǔ)有(yǒu)機(jī)醇的混合液作(zuò)为(wèi)液冷散(sàn)热(rè)劑，是(shì)因(yīn)为(wèi)在(zài)物(wù)理(lǐ)學(xué)中(zhōng)，水(shuǐ)的热(rè)傳導系(xì)數和(hé)比热(rè)容都比空(kōng)气(qì)大(dà)很多(duō)，热(rè)傳導速度(dù)快(kuài)，升(shēng)温(wēn)比較慢(màn)，所(suǒ)以(yǐ)说(shuō)水(shuǐ)是(shì)一(yī)種(zhǒng)比較理(lǐ)想(xiǎng)的散(sàn)热(rè)介質(zhì)。在(zài)電(diàn)池包中(zhōng)，因(yīn)为(wèi)根據(jù)环(huán)境的不(bù)同，在(zài)低(dī)温(wēn)环(huán)境出(chū)現(xiàn)时(shí)，水(shuǐ)容易結冰，对(duì)散(sàn)热(rè)非常不(bù)利，为(wèi)了(le)解(jiě)決这(zhè)个(gè)問(wèn)题，一(yī)般采用(yòng)水(shuǐ)和(hé)有(yǒu)機(jī)醇的混合比例作(zuò)为(wèi)制冷劑，結果(guǒ)得到(dào)了(le)很好的验(yàn)證。

液冷闆工作(zuò)的原理(lǐ)是(shì)：電(diàn)池工作(zuò)产生(shēng)的多(duō)餘热(rè)量(liàng)，通(tòng)过(guò)與(yǔ)闆型鋁(lǚ)質(zhì)器件(jiàn)表(biǎo)面(miàn)接觸的方(fāng)式傳遞，液冷系(xì)統利用(yòng)液體(tǐ)流動(dòng)換热(rè)系(xì)數較大(dà)的特(tè)性(xìng)，依靠液體(tǐ)流動(dòng)轉(zhuǎn)移高(gāo)热(rè)量(liàng)，最(zuì)終(zhōng)被(bèi)器件(jiàn)內(nèi)部(bù)流道(dào)中(zhōng)通(tòng)过(guò)的冷卻液带(dài)走(zǒu)。

一(yī)般液冷闆的結構如(rú)图(tú) 1 所(suǒ)示：

图(tú)1 電(diàn)池包中(zhōng)液冷闆結構

四(sì)、液冷闆的應(yìng)用(yòng)

在(zài)一(yī)些典型的電(diàn)動(dòng)車的應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，液冷闆根據(jù)冷卻作(zuò)用(yòng)範圍不(bù)同，可(kě)以(yǐ)分为(wèi)模組級别和(hé)電(diàn)芯級别的液冷闆。

結構如(rú)图(tú) 2 所(suǒ)示：

图(tú)2 模組級别的液冷闆(左(zuǒ))和(hé)電(diàn)芯級别的液冷闆(右(yòu))位(wèi)置

模組級别的液冷闆是(shì)作(zuò)为(wèi)電(diàn)池包內(nèi)部(bù)的一(yī)个(gè)模組，一(yī)般是(shì)放(fàng)在(zài)電(diàn)池模組下(xià)面(miàn)，與(yǔ)電(diàn)池直(zhí)接接觸進(jìn)行散(sàn)热(rè)。每个(gè)車用(yòng)廠(chǎng)家(jiā)的设計(jì)有(yǒu)很大(dà)的不(bù)同，大(dà)多(duō)數设計(jì)結構为(wèi)電(diàn)池模組-液冷闆，也(yě)有(yǒu)少(shǎo)數廠(chǎng)家(jiā)，为(wèi)了(le)更(gèng)好的解(jiě)決散(sàn)热(rè)問(wèn)题，使用(yòng)電(diàn)池和(hé)模組的並(bìng)聯結構，從上(shàng)而(ér)下(xià)为(wèi)電(diàn)池模組-液冷闆-電(diàn)池模組-液冷闆(比如(rú) Audi Q7 PHEV)。

電(diàn)芯級别的液冷闆是(shì)将水(shuǐ)冷闆夾在(zài)電(diàn)芯之(zhī)間(jiān)，成(chéng)为(wèi)電(diàn)芯模組的一(yī)部(bù)分，能(néng)夠达(dá)到(dào)更(gèng)好的散(sàn)热(rè)效果(guǒ)。不(bù)同類(lèi)型的设計(jì)会(huì)根據(jù)廠(chǎng)家(jiā)的不(bù)同而(ér)有(yǒu)所(suǒ)變(biàn)動(dòng)。

根據(jù)目前的應(yìng)用(yòng)形式，在(zài)電(diàn)池包中(zhōng)，一(yī)般方(fāng)形、圆(yuán)柱(zhù)電(diàn)池的液冷系(xì)統，大(dà)多(duō)是(shì)模組級别，一(yī)般放(fàng)置在(zài)電(diàn)池箱(xiāng)底部(bù)位(wèi)置;软(ruǎn)包電(diàn)池，則是(shì)電(diàn)芯級别的偏多(duō)。

五(wǔ)、液冷闆應(yìng)用(yòng)中(zhōng)遇到(dào)的問(wèn)题及(jí)解(jiě)決方(fāng)式

液冷闆在(zài)使用(yòng)的过(guò)程中(zhōng)可(kě)能(néng)会(huì)遇到(dào)一(yī)些問(wèn)题：一(yī)方(fāng)面(miàn)，部(bù)分客戶对(duì)電(diàn)池包測試时(shí)发現(xiàn)，采用(yòng)透气(qì)的发泡矽胶(jiāo)作(zuò)为(wèi)殼(ké)體(tǐ)密封(fēng)，在(zài)潮(cháo)湿(shī)环(huán)境中(zhōng)长(cháng)期使用(yòng)，電(diàn)池包內(nèi)部(bù)湿(shī)度(dù)增加及(jí)液冷闆上(shàng)下(xià)表(biǎo)面(miàn)温(wēn)差，这(zhè)两(liǎng)種(zhǒng)作(zuò)用(yòng)会(huì)使電(diàn)池包內(nèi)部(bù)水(shuǐ)气(qì)在(zài)液冷闆下(xià)方(fāng)凝結为(wèi)液态水(shuǐ)，产生(shēng)不(bù)安全(quán)因(yīn)素;另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)，液冷闆與(yǔ)電(diàn)池包直(zhí)接接觸，这(zhè)就造成(chéng)了(le)液冷闆长(cháng)期處(chù)于負重狀态，加上(shàng)自(zì)身(shēn)是(shì)金(jīn)屬結構，会(huì)产生(shēng)一(yī)定(dìng)的物(wù)理(lǐ)變(biàn)形，中(zhōng)間(jiān)位(wèi)置会(huì)产生(shēng)一(yī)定(dìng)的塌陷，與(yǔ)電(diàn)池模組的接觸界面(miàn)会(huì)有(yǒu)空(kōng)隙产生(shēng)，不(bù)利于热(rè)量(liàng)的傳遞。

針(zhēn)对(duì)以(yǐ)上(shàng)两(liǎng)个(gè)問(wèn)题，目前采取(qǔ)的解(jiě)決方(fāng)式是(shì)：一(yī)方(fāng)面(miàn)，利用(yòng)胶(jiāo)或(huò)者(zhě)密封(fēng)圈对(duì)電(diàn)池包殼(ké)體(tǐ)密封(fēng)，防止外(wài)界空(kōng)气(qì)的進(jìn)入(rù);另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)，在(zài)托盤底與(yǔ)液冷闆中(zhōng)間(jiān)利用(yòng)弹簧或(huò)者(zhě)聚丙烯发泡材料(EPP)等弹性(xìng)物(wù)質(zhì)作(zuò)为(wèi)支撐，防止液冷闆的下(xià)陷，

整體(tǐ)设計(jì)結構如(rú)图(tú) 3 所(suǒ)示：

图(tú)3 液冷闆支撐結構设計(jì)

六(liù)、小結

目前，新(xīn)能(néng)源汽車对(duì)動(dòng)力電(diàn)池的要求越来越高(gāo)，这(zhè)種(zhǒng)要求不(bù)僅體(tǐ)現(xiàn)在(zài)对(duì)系(xì)統能(néng)量(liàng)密度(dù)和(hé)系(xì)統功率密度(dù)上(shàng)，也(yě)體(tǐ)現(xiàn)在(zài)電(diàn)池包的各(gè)个(gè)方(fāng)面(miàn)。要求的提(tí)升(shēng)也(yě)意(yì)味着電(diàn)池總(zǒng)的发热(rè)量(liàng)也(yě)随着增大(dà)，带(dài)来的安全(quán)問(wèn)题不(bù)容忽視。傳統的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)無法(fǎ)滿足電(diàn)池高(gāo)度(dù)集成(chéng)化(huà)的需求，液冷方(fāng)案(àn)已逐漸占據(jù)主(zhǔ)流。液冷闆的有(yǒu)效散(sàn)热(rè)为(wèi)電(diàn)池包的热(rè)管(guǎn)理(lǐ)安全(quán)提(tí)供了(le)保障，使電(diàn)池的热(rè)量(liàng)得到(dào)了(le)有(yǒu)效的傳導，相信(xìn)在(zài)新(xīn)能(néng)源汽車上(shàng)会(huì)有(yǒu)更(gèng)加廣闊的應(yìng)用(yòng)前景和(hé)商業化(huà)價值。

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