近年來,隨著工業技術的發展,新能源汽車的技術發展也越來越成熟,在外部環境和內部環境的推動下,新能源汽車市場規模也逐漸增大。不同的電池熱管理方式,所涉及的零件數量,結構,布置方式均不相同,根據整車開發成本、整車重量、以及布置空間等要求,從而選擇不同類型的熱管理系統。其主要的技術路線有以下五種類型:
一、直接冷卻型
簡稱電池直冷技術,直冷系統是電池內部內置制冷蒸發器,通過管路與空調系統連接,在電池需求冷卻時,利用壓縮機把壓縮后的冷媒送入電池內部蒸發器,然后帶走電池內部熱量達到冷卻效果。該系統結構緊湊,制冷效果好,零部件數量少(只需要一進一出的制冷管路),重量輕等優點。但是此系統的缺點是無法在零下低溫條件下給電池加熱,制冷過程中產生的冷凝水無保護,而且制冷劑的溫度均勻性不易控制,制冷系統的壽命短,可靠性低,常常發生制冷劑泄漏,制冷能力不足等故障。這是目前最新的電池冷卻技術,成熟度比較低,市場上量產車型有比亞迪、特斯拉等車型已經開始應用,是未來的一個主要技術路線,見圖1。
二、散熱器水冷型
散熱器冷卻回路是一個獨立的回路,由散熱器、電子水泵、加熱器等組成,以防凍液為介質,防凍液從散熱器出來,經過加熱器再到電池,最后又回到散熱器,通過這種循環方式來給電池冷卻和加熱。該系統結構簡單,成本不高,在常年低溫環境下節能等優點。但是該系統散熱效率低,在夏天高溫氣候環境下水溫高,不能滿足高溫環境下的使用工況,見圖2。
三、直冷水冷型
此系統是在直冷與水冷的基礎上進行整合,通過電池冷卻器Chiller(也叫熱交換器)把空調系統與水冷系統進行橋接。該系統規避了前兩種冷卻方式的缺點,是目前最常用的電池熱管理系統之一。系統零部件比前兩種多,系統比較復雜,需求的零部件布置空間相對較大,在工作時壓縮機負荷大,對整車耗能大經濟性差。另外,當空調系統部分出現故障時,電池的冷卻需求得不到最大滿足,見圖3。
四、水冷混合型
該系統是在直冷水冷系統的基礎上,再增加一套散熱器水冷系統,把兩者按并聯回路進行布置,通過控制電磁閥,在不同條件下使用不同回路給電池冷卻。在低溫環境下,只需散熱器水冷系統工作。當處于高溫環境下,切換到直冷水冷系統工作。在惡劣工況下,兩個系統可以同時工作,電池還可以獲得最大冷卻能力,基本可以覆蓋所有使用環境。此套冷卻系統極其復雜,成本高,對整車布置空間要求高,系統的控制策略復雜,穩定性及可靠性是一個挑戰。該系統在市場大多混合動力PHEV車型上也有使用,已擁有成熟技術,見圖4。
五、風冷卻型
該系統則是直接把乘員艙制冷的冷風通過管道引到電池,使用該冷風對電池進行空氣冷卻。該系統優點是結構簡單,冷風溫度可控,系統成本低。但是同樣具有直冷系統的缺點,系統無制熱功能,且電池表面產生的冷凝水不易干燥,對電池內部有侵蝕污染的風險。一般不推薦使用這類熱管理方式,見圖5。
由于汽車的復雜行駛工況,高速、低速、加速、減速等頻繁變化,電池會以不同的倍率進行放電,過程中會產生大量的熱量聚集,隨著時間和空間的影響,電池溫度逐漸升高。動力電池冷卻性能直接影響電池的使用效率,同時也會影響動力電池的安全和耐久性。
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