动力电池包液冷板的结构及作用原理
电池模组对液冷板有一定的要求。首先是散热功率大,能够快速把模组产生的热量带走,防止温度的急剧攀升;其次是可靠性高,车辆在道路中行走,处于工作状态的电池包要经过各种环境的检测,振动、冲击、高低温等比较严酷的工作环境,动力电池包的工作电压动辄几百伏,冷却液的泄露将会成为一个非常严峻的问题,即使使用绝缘性能好的冷却液,但遇到外部物质的掺杂后,也会立即降低它的绝缘性能,造成一定的安全风险,因此,液冷板密封可靠性很重要;再者是散热设计要精准,避免系统内温差过大,工作温度对电池的性能和老化有着很重要的影响;最后是对重量的要求,电池包目前注重轻量化,这就要求包内每个部件都要做到轻量化,如果液冷板占取太多的重量,会直接影响电池模组的能量密度,这是无法接受的。
针对以上问题,液冷板在设计的过程中一般采用铝基板埋铜管,即将铝基板用计算机数控技术加工铣槽,再采用冲压机将已弯好形状的铜管压到铝基板上面,然后进行钎焊焊接。这种设计,一方面铝的轻量化起到减重及成本的控制作用,另一方面使铜管的高导热性能也得到了充分的利用。最后设置两个进出口,注入相应的液体制冷剂,一般为水或者水和有机醇的混合物(醇可以防止水在低温下结冰),水泵控制液体的循环流通。以水或者其与有机醇的混合液作为液冷散热剂,是因为在物理学中,水的热传导系数和比热容都比空气大很多,热传导速度快,升温比较慢,所以说水是一种比较理想的散热介质。在电池包中,因为根据环境的不同,在低温环境出现时,水容易结冰,对散热非常不利,为了解决这个问题,一般采用水和有机醇的混合比例作为制冷剂,结果得到了很好的验证。
液冷板工作的原理是:电池工作产生的多余热量,通过与板型铝质器件表面接触的方式传递,液冷系统利用液体流动换热系数较大的特性,依靠液体流动转移高热量,最终被器件内部流道中通过的冷却液带走。
一般液冷板的结构如图1所示。
图1 电池包中液冷板结构
液冷板在电动车中的应用
在一些典型的电动车的应用中,液冷板根据冷却作用范围不同,可以分为模组级别和电芯级别的液冷板。结构如图2所示。
图2 模组级别的液冷板(左)和电芯级别的液冷板(右)位置
模组级别的液冷板是作为电池包内部的一个模组,一般是放在电池模组下面,与电池直接接触进行散热。每个车用厂家的设计有很大的不同,大多数设计结构为电池模组-液冷板,也有少数厂家,为了更好的解决散热问题,使用电池和模组的并联结构,从上而下为电池模组-液冷板-电池模组-液冷板(比如Audi Q7 PHEV)。
电芯级别的液冷板是将水冷板夹在电芯之间,成为电芯模组的一部分,能够达到更好的散热效果。不同类型的设计会根据厂家的不同而有所变动。
根据目前的应用形式,在电池包中,一般方形、圆柱电池的液冷系统,大多是模组级别,一般放置在电池箱底部位置;软包电池,则是电芯级别的偏多。
本文标题：动力电池包液冷板的结构及作用原理
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