簡要分析動力電池冷卻方式

眾所周知，電動汽車最核心的部件之一便是動力電池，如同燃油車的發(fā)動機，動力電池作為電動汽車的動力來源也需要一個合適的工作溫度區(qū)間，動力電池的溫度太高或者太低都會影響到電動汽車的性能。

溫度對電池的安全性、充放電功率、壽命有著直接影響，一般來說，動力電池的最佳工作溫度是在15-35℃之間，但受環(huán)境溫度，以及電池放電過程中的自發(fā)熱屬性，電動汽車的電池組溫度并不穩(wěn)定，因此需要電池熱管理系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電池溫度。

最近，日產(chǎn)旗下的最新一代Leaf車型就遇到了電池過熱影響到車輛充電速度的問題。這款全球銷量突破30萬的電動“神車”在過去憑借著可靠性和經(jīng)濟性，讓其在消費者群體中獲得了不錯的口碑，但是最近的“充電功率受限”問題讓其口碑評價掉轉(zhuǎn)直下。

1日產(chǎn)全新一代Leaf車型

日產(chǎn)新一代Leaf車型自去年9月發(fā)布以來，憑借著時尚的外觀、豐富的配置和大幅提升的續(xù)航里程獲得了不少消費者青睞，銷量持續(xù)走高。但隨著用戶群的增加，這款車逐漸爆出了電池易過熱，進而影響充電功率的問題。

在推特上，一名用戶爆出照片，新款Leaf車型在快充時充電功率最大只能達到22kW，相比原本設(shè)定的50kW充電功率來說，這樣的表現(xiàn)顯然不能讓人接受。

全新一代Leaf車型的電池組容量為40kWh，相比最初的24kWh和30kWh版本車型，電池容量高出不少，在官方資料中顯示，40min即可充滿80%的電量，但因電池過熱充電功率受限之后，充滿電的時長至少要延長一倍。

關(guān)于日產(chǎn)Leaf車型暴露出的問題，在這里就先不詳細說了，而是借著Leaf車型暴露出的問題簡單聊聊電池組的散熱管理。常見的電池熱管理主要分為4類：自然冷卻、風冷、水冷和直冷。

2自然冷卻

所謂自然冷卻就是電池包沒有額外的裝置進行換熱，完全靠周圍環(huán)境來平衡電池包的熱量。其最大的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單，成本低。當然缺點就是散熱性能較弱。

圖示是第一代Leaf車型的電池包，采用的就是自然冷卻方式?？梢钥吹讲捎眠@種冷卻方式的電池包外觀較為規(guī)整封閉，除了電流接口外沒有其它多余通口。

圖示為最新一代Leaf車型的電池包，從結(jié)構(gòu)可以看到日產(chǎn)新一代Leaf車型依然采用了散熱能力最弱最被動的自然冷卻。

根據(jù)搜集到的資料推斷，之所以選擇這樣的散熱方式，是因為日產(chǎn)Leaf車型采用了散熱性優(yōu)良的軟包電池，其有信心不采用風冷或水冷結(jié)構(gòu)。但從現(xiàn)在的結(jié)果來看，顯然日產(chǎn)的判斷出現(xiàn)了偏差。

兩代車型雖然電池包的外部尺寸幾乎相同，但電池包容量從第1代的24kWh提升到40kWh，能量密度提升了1.6倍。

在電池能量密度大幅提升的情況下，日產(chǎn)依舊選用自然冷卻方式顯然有些冒險。一般情況下，在小容量小功率輸出的車型中，這種冷卻方式較為常見。

3風冷

風冷采用空氣作為換熱介質(zhì)。常見的有兩種，一種是被動風冷，直接采用外部空氣換熱。第二種則為主動風冷，可預先對外部空氣進行加熱或冷卻后再進入電池系統(tǒng)，相比之下第二種風冷形式冷卻效率會更高。

這種電池組冷卻方式在早期的電動乘用車應用廣泛，如起亞Soul EV，在現(xiàn)階段這種冷卻方式在乘用車上用得越來越少，目前更多是用在電動巴士、電動物流車上。

用于冷卻電池組的氣流可由風扇產(chǎn)生，或者通過車輛行駛撞風產(chǎn)生。圖示為起亞Soul EV車型的透視圖，可以看到電池組上方布置有氣流通道用來給電池組散熱。

通過車輛下方進氣口進入的空氣，一部分通過電池組上方的進氣口流入到電池組散熱通道內(nèi)，經(jīng)由排氣口排出車外，從而達到冷卻電池組的目的。

這種冷卻方式能夠在成本控制和電池性能維護方面取得一個比較好的平衡，當然這種冷卻方式也存在著缺點，比如不能很好的維持電池單體性能的一致性。隨著電池性能的不斷提升，對冷卻要求越來越高，這種冷卻方式正在逐步被淘汰。

4水冷

水冷一般是采用專門的冷卻液作為換熱介質(zhì)。水冷技術(shù)是基于液體熱交換的冷卻技術(shù)，比風冷技術(shù)效率更高，電動汽車電池組內(nèi)部溫度更均勻，其可與車輛的冷卻系統(tǒng)整合在一起。國外對水冷技術(shù)研究較早，應用時間也較長，目前大多數(shù)外國品牌電動汽車都采用了水冷散熱。

相比自然冷卻和風冷，水冷散熱效率更高，對電池組的溫度控制更為精確，能夠很好地保證電池組的一致性。當然，缺點就是結(jié)構(gòu)會更為復雜，成本也會大幅提升，對于電動車來說，車體重量對于車輛續(xù)航影響較大，水冷技術(shù)由于冷卻液和相關(guān)部件的增加無疑會增加電池包的總體重量，這也是不可忽視的一個劣勢。

國外主流汽車廠商在自家電動車型上基本都采用了水冷方式對電池溫度進行控制。

以通用集團下的雪佛蘭Bolt EV車型為例，其電池包就采用了水冷冷卻技術(shù)，電池包除了必備的電流接口外，還布置有冷卻液接口。常見的冷卻液是乙二醇。

在電池包的內(nèi)部，除了電池模組外，還布置有冷卻板，其內(nèi)部流動的冷卻液會帶走電池產(chǎn)生的熱量，從而達到控制電池組溫度的目的。

一般而言，電池冷卻板“照顧”的是電池模組，但是通用集團已經(jīng)應用上了電芯級冷卻技術(shù)。冷卻板直接和電芯接觸，毫無疑問，這樣的冷卻方式效率會更高，同時電池單體性能一致性會更好。

冷卻片的厚度僅為0.2mm，在冷卻片上均勻分布著導流槽，冷卻液可在里面流動，能確保電池處于最適宜的工作溫度。

5直冷

有資料推測顯示寶馬i3插電版車型上采用了這種直冷冷卻方式。

圖示為寶馬i3電池包剖面圖，其中藍色部分為電池包的冷卻系統(tǒng)，可以看到其主要分布在電池包底部。

這些管路即為寶馬i3車型的電池冷卻系統(tǒng)組成，制冷劑在管路內(nèi)流動，通過蒸發(fā)吸熱帶走電池產(chǎn)生的熱量。