一起了解電池包冷卻與加熱的主要方案

對(duì)BMS來(lái)講，其實(shí)屬于周邊領(lǐng)域內(nèi)容;目前BMS硬件與熱管理相關(guān)的好像只是控制水泵與采集水管溫度，更多設(shè)計(jì)內(nèi)容都在軟件以及模組結(jié)構(gòu)、熱仿真部門。(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

這次主要目標(biāo)是了解電動(dòng)汽車上電池包的加熱與冷卻的代表方案。冷卻方案：

風(fēng)冷

風(fēng)冷又分為自然冷卻與強(qiáng)制風(fēng)冷。自然冷卻就是將電池的熱量傳遞到周圍的空氣中，不施加額外的對(duì)流手段，某種程度上來(lái)講就是“聽(tīng)天由命”;基本上早期的電動(dòng)汽車都是這種方案，像初代的秦、唐等電池包(下圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò));當(dāng)然布局上還是要考慮怎么把內(nèi)部電芯的熱給導(dǎo)出來(lái)。

強(qiáng)制風(fēng)冷就是加了風(fēng)扇，制造一個(gè)對(duì)流的工況，空氣會(huì)以一定的流速流經(jīng)電池表面，將熱量帶走到外部環(huán)境中;這里面會(huì)涉及到風(fēng)道、流場(chǎng)的設(shè)計(jì)、風(fēng)扇的選型等問(wèn)題;此種方案也多見(jiàn)于早期的電動(dòng)汽車或者儲(chǔ)能模組中;例如雷諾的ZOE電池模組，密封蓋上面中間的孔為進(jìn)風(fēng)口，另外兩個(gè)為出風(fēng)口(下圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))。

液冷

液冷又可分為直接接觸式與間接接觸式。直接接觸式液冷就是將電芯完全浸入到冷卻液中(例如硅油)，這種方案聽(tīng)說(shuō)微宏動(dòng)力有過(guò)，但我沒(méi)找到具體案例，應(yīng)用較少。間接接觸式是目前電池包主流的冷卻方案，指在電池與冷卻液之間隔了一個(gè)金屬板，通過(guò)這個(gè)金屬板來(lái)完成熱量交換。

往往電池包的液冷系統(tǒng)與整車的冷卻系統(tǒng)(空調(diào)冷卻)是交互的，如下圖所示：動(dòng)力電池通過(guò)金屬板把熱量傳遞給冷卻液(水+乙二醇)，冷卻液又將熱量通過(guò)熱交換器傳遞給整車的冷卻系統(tǒng)，完成了熱量的傳遞;這個(gè)過(guò)程存在兩次熱交換。(圖片來(lái)自于汽車學(xué)堂)

冷媒直冷

冷媒直冷解釋為制冷劑氣液相變冷卻，它是利用制冷劑由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)吸熱的原理;其實(shí)這個(gè)就是空調(diào)制冷的原理，如下圖：

下圖為一個(gè)典型的電池包直冷方案(圖片自于汽車學(xué)堂)，它與整車的冷卻系統(tǒng)蒸發(fā)器是并聯(lián)的，在電池包中會(huì)布置直冷板，其實(shí)就是一個(gè)蒸發(fā)器，內(nèi)部冷媒會(huì)存在液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)變;然后與整車空調(diào)共用壓縮機(jī)、冷凝器部分。

通常冷媒直冷方案都是拿BMW I3來(lái)舉例：它在電池模組的底部布置了冷板(蒸發(fā)器)，用來(lái)進(jìn)行模組與冷媒的熱交換，冷媒使用了R134a;整體與液冷方案布置差不多。

除此之外，還有相變材料冷卻方案，應(yīng)用很少。加熱方案：

加熱膜

加熱膜一般是由電阻絲、絕緣包覆層以及引線組成(下圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò));電阻絲一般為鎳鉻合金或鐵鉻合金;絕緣包覆層一般為聚酰亞胺(PI膜)、硅膠與環(huán)氧樹脂。

加熱膜原理為電阻通電后發(fā)熱，在電池包中可以將其貼在模組的外殼上;許多個(gè)加熱膜串聯(lián)或并聯(lián)后由電池包供電，并通過(guò)BMS控制繼電器電源開關(guān)。

PTC

這里是指將PTC直接接觸電芯或模組來(lái)加熱，類似于加熱膜方案;PTC指正溫度系數(shù)電阻，特點(diǎn)是其溫度升高后電阻也隨之增大，這樣反過(guò)來(lái)會(huì)限制其發(fā)熱功率，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)溫度，安全性比較好;同樣地，也需要高壓電池來(lái)供電;在結(jié)構(gòu)上面，同時(shí)要做好絕緣與導(dǎo)熱;PTC方案比加熱膜要更厚。

液熱

液熱就是在液冷方案硬件的基礎(chǔ)上，加熱冷卻液來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步加熱電芯;具體如下圖所示(圖片自于汽車學(xué)堂)，在電池包液冷系統(tǒng)中又并聯(lián)了一路加熱器;在加熱時(shí)，通過(guò)三通閥控制冷卻液流經(jīng)加熱器來(lái)升高溫度，然后通過(guò)水泵將其循環(huán)流經(jīng)電芯底部的金屬板，進(jìn)而加熱電芯;其中，加熱器一般為PTC形式，發(fā)熱原理與前面的PTC相同。

除此之外，加熱方案還有熱風(fēng)PTC、熱管、熱泵等，其應(yīng)用相對(duì)較少。