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动力电池包的浸没式液冷

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          近年来,电动汽车市场蓬勃发展。这类汽车中,动力电池包的热管理技术是纯电动车的关键技术。为保证电动车的动力性能及安全性,电池系统的热管理有以下几个目标:

(1)保证单体电池处于适宜的工作温度范围,能够在高温环境中将热量及时转移、低温环境中迅速加热或者保温;

(2)减小单体电池内部不同部位之间的温度差异,保证单体电池的温度分布均匀;

(3)保持电池组内部的温度均衡,以避免电池间的不平衡而降低性能;

(4)消除因热失控引发电池失效甚至爆炸等危险;

(5)满足电动汽车轻型、紧凑的要求,成本低廉、安装与维护简便;

(6)有效通风,保证电池所产生的潜在有害气体能及时排出,保证使用电池安全性;

(7)温度等相关参数实现精确灵敏的监控管理,制定合理的异常情况应对策略。

 

 

电池的热管理包含多个方向:从电池本体出发,研究更加耐温的电池材料,包括耐高温、耐低温的电极材料和电解液材料等;其次,研究更高效的材料,使得电池在满足汽车充放电功率要求的前提下,发热量更低;最后,从电池包的热管理系统设计的角度,通过设计自然散热、强迫风冷或者液冷设计控制电池包的温度。前两者属于材料和电池单体研究范畴,而后者是热设计工程师的工作重点。


       与常规的电子产品相同,电池的热管理从散热方式上讲,同样分为三种:被动式风冷散热、主动式风冷散热和液冷散热。汽车在行驶过程中是运动的,外界环境自动形成较高的风速。因此,汽车系统中的被动风冷散热与传统电子产品的风冷散热有所区别,即被动风冷散热的电池包内依然可能具有较高的风速。因此,此处将电池的热管理按照两种方案描述,即风冷散热和液冷散热。


 


 

热设计公众号曾经发表过数篇关于动力电池热管理的综述性文章,论及当前常用的热管理手段(可参考:

奥迪R8电动续航450km揭秘:7344个电池单体以及纯电动汽车电池热管理风冷与液冷)。

       这些冷却方案中,实际上与传统的通讯设备、电力电子并无本质区别。热量的管理形式都是从发热体-导热界面材料-(冷板)-散热器(对于风冷设计,没有冷板)。但众所周知,浸没式液冷在电子产品中已经开始应用。前段时间的新闻提及,阿里巴巴甚至已经实现了数据中心级的浸没式液冷,PUE值更是逼近极限的1.0.而除了冷却效率高、可靠性好,浸没式液冷使用到动力电池中带来的另外一个关键优势是安全。如下的视频很好地展示了其安全性。

 

       可以预测,除了在传统的电子散热领域非常有前景,浸没式液冷也很可能是下一代动力电池的先进热管理技术。

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