隨著我國新能源汽車保有量的迅速增長,安全性問題也日益突出.動力鋰電池在過充電、碰撞情況下,容易引發冒煙、起火甚至爆炸等危險,而這些都是熱失控這匹野馬惹的禍.而要馴服這匹野馬,就得為它套上熱管理的韁繩.而動力電池的能量密度、使用壽命等性能也會受溫度變化影響,所以熱管理的作用就更加重要.

當前普遍使用的風冷技術

當前市面上所售的新能源電動汽車,所采用的電池熱管理技術主要分為風冷和液冷兩大類.而從現有電動汽車的動力電池冷卻方式來看,風冷的比重仍然較大,是目前新能源汽車動力電池中應用廣泛的散熱技術.

與其他技術相比,風冷技術相對簡單、安全,維護也方便.強制氣流可以通過風扇產生,也可以利用汽車行進過程中的迎面風或者壓縮空氣等產生.日本豐田公司的混合動力電動汽車Prius和本田公司的Insight都采用了風冷技術,而通用、日產等汽車公司研制的熱管理系統主要也是采用強制風冷形式.

風冷技術雖然能夠在低成本的情況下,達到良好的散熱性能,但是風冷技術的劣勢也非常明顯.與液冷技術相比,風冷技術與電池表面之間的熱交換系數低,冷卻、加熱速度慢,電池箱內部溫度均勻性不容易控制,電池箱的密封設計較難,防塵、防水效果較差.近期發生的多起電動汽車起火事件,也讓許多人開始詬病風冷技術的熱管理性能.

液冷技術越來越受青睞

隨著應用環境對電池的要求越來越高,液冷技術正逐漸取代風冷技術成為各大車企的優先選擇.從目前各整車廠發布的新車型來分析,大中型純電動汽車繼續擴大液冷系統的滲透率,而小型純電動汽車乃至插電混動汽車,應用液冷系統的新車型也越來越多.

電池中國網了解到,目前國內外的典型車型如寶馬i3、特斯拉ModelS、通用Volt、華晨寶馬之諾、吉利帝豪EV等都采用液冷技術.除此之外,還有更多的車企包括比亞迪、北汽、廣汽、別克、云度、江淮、小鵬汽車、奇點汽車等都紛紛采用液冷技術.

特別值得一提的是,前不久剛剛上市的江淮汽車iEV6E運動版,是國內首款搭載21700三元電池的乘用車,同時也是國內首款采用液冷技術的微型純電動汽車,iEV6E運動版裝配的液冷式電池溫控系統,可以將電池溫度控制在15－35℃之間,在－30℃到55℃的環境下均可正常使用,有分析人士認為其溫控性能可媲美特斯拉.

而據國外媒體報道,本田汽車公司今年推出的2018款Clarity插電式混合動力車,其電池組配備了液冷散熱系統,這是該公司首次采用液冷散熱系統,因為本田現有的混合動力車(HEVs)以及插電式混合動力車的電池組采用都是風冷散熱系統.

此外,本田還將電池的能量密度和能量輸出密度分別增加了110％和40％.因此,電池組的熱量也隨之增高.如果使用風冷散熱系統解決熱量問題,則必須在電池之間設置空氣通道,從而會增加電池組的體積,還會很難確保有足夠的內部空間.因此,本田電池組開始采用液冷散熱系統,散熱效果比風冷散熱系統高約250％,可有效冷卻電池組.

新能源汽車的更高要求

液冷技術的原理,是通過電池包內部的冷卻液來帶走電池在工作中所產生的熱量,以達到降低電池溫度的效果.簡單說就是在電池包里放一根水管,需要降溫的時候就往水管里灌冷水,通過冷水帶走熱量來降溫,需要升溫的話就灌熱水.從使用的角度來看,液冷系統對于電池包的溫度控制效果要優于風冷系統,液體介質的換熱系數高、熱容量大、冷卻速度也更快.

有分析認為,早期用液冷技術的新能源汽車比較少,主要由于當時市場上以A00和A0級車型為主,該類車型對性能的要求不高,同時基于成本問題沒有使用液冷技術.

隨著補貼退坡和市場的進一步推廣,新能源汽車的市場結構將會逐漸趨向于乘用車,A級以上的車型市場份額將提升,也將對續航里程、能量密度、電池容量、充電速率等性能提出更高的訴求.在保證整車性能的同時,還要保證一定的加速性能,所以液冷技術也就成為了主流選擇.

有研究數據顯示,預計到2022年動力電池冷卻系統裝配份額中,液冷技術占比將達到55％;按車型來看,插電式混動車型動力電池冷卻系統液冷技術占比將達85％,純電動車型動力電池冷卻系統液冷技術占比將達44％.