新型冷卻液提升電動車熱管理

下一代電動車?yán)鋮s液在滿足新的電動車安全法規(guī)要求的同時，兼具低電導(dǎo)率、耐腐蝕性和優(yōu)異的熱傳遞性能。

與內(nèi)燃機(jī)相比，電動車推進(jìn)系統(tǒng)的熱管理似乎更為簡單。畢竟內(nèi)燃機(jī)的工作溫度要高得多——汽油發(fā)動機(jī)的最佳工作溫度大約在100°C左右。相比之下，電動車電池在充放電循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱量相對較少，通常維持在15-30°C左右。此外，雖然電機(jī)和電力電子元件的工作溫度較高，通常為60-80°C，但仍低于內(nèi)燃機(jī)。

盡管如此，電動車的熱管理仍然需要解決許多復(fù)雜問題，例如，電池對極限溫度的耐受程度、新型電池材料體系的開發(fā)，以及高壓電氣架構(gòu)和800V快充產(chǎn)生的高熱問題等。這些原因都導(dǎo)致電動車行業(yè)越來越重視電池?zé)峁芾淼姆€(wěn)定性和安全性。專家指出，電池材料體系、硬件和冷卻液之間的兼容性是實(shí)現(xiàn)平衡系統(tǒng)解決方案的關(guān)鍵。

Prestone電動車技術(shù)總監(jiān)Tom Corrigan博士指出，“直到近期，電動車?yán)鋮s液才開始受到重視。”他牽頭的科學(xué)家和工程師團(tuán)隊負(fù)責(zé)研發(fā)面向OEM和終端客戶的下一代冷卻液。Corrigan指出，下一代冷卻液不僅需要能夠?qū)崿F(xiàn)高效熱傳遞，還要與其接觸的每個組件和材料(如聚合物密封件)兼容，同時具備與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)防凍劑相同的防腐蝕性能。最重要的是，它必須能有效遏制熱失控等極端故障蔓延至整個電池組。

Corrigan斷言，“冷卻液可能與高壓電氣元件直接接觸，因此必須具備低電導(dǎo)率?！?低電導(dǎo)率冷卻液成為主流

Corrigan指出，早在冷卻液供應(yīng)商還沒來得及開發(fā)出專門的電動車熱管理產(chǎn)品之前，第一批電動車的普及就推動了市場的形成。因此，如今上路的大多數(shù)電動車使用的都是燃油車?yán)鋮s液。他指出，“Prestone與多家OEM建立了長期合作伙伴關(guān)系，因此他們在開始生產(chǎn)電動車時，就可以直接使用具備值得信賴的防腐蝕性能的冷卻液?！?/p>

Corrigan注意到，電動車安全問題極大地推動了行業(yè)思維方式的轉(zhuǎn)變。目前業(yè)界采用的電機(jī)冷卻策略主要分為兩種：直接冷卻和間接冷卻。間接冷卻使用的是由水、乙二醇、防腐劑組成的冷卻液，與電池冷卻液相同，而電機(jī)外殼則充當(dāng)冷卻套，冷卻液流經(jīng)其中并間接帶走熱量。Corrigan指出，“然而現(xiàn)有冷卻液添加劑的問題在于，各廠商的緩蝕劑混合物都沿用了內(nèi)燃機(jī)冷卻液常用的離子緩蝕劑?！彪x子緩蝕劑含有硅酸鹽、有機(jī)酸和磷酸鹽，這些都會增加電導(dǎo)率。

他指出，“這種高電導(dǎo)率冷卻液一旦接觸到高壓電子元件(400V或800V系統(tǒng))，就會引發(fā)劇烈的災(zāi)難性反應(yīng)”。他援引研究結(jié)果表示，鋰離子電池浸入傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)冷卻液中會產(chǎn)生大量熱量?！斑@些熱量很有可能導(dǎo)致冷卻液沸騰，從而導(dǎo)致電池?zé)崾Э夭⒁l(fā)火災(zāi)?！?/p>

Corrigan表示，考慮到這些風(fēng)險以及散熱性能需求的提升，五成以上電動車制造商轉(zhuǎn)而采用直接冷卻策略。這一策略采用電導(dǎo)率極低甚至為零(具體視配方而定)的油基“介電”冷卻液，冷卻液直接流經(jīng)電機(jī)線圈進(jìn)行冷卻。此外，介電冷卻液還會進(jìn)入電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行冷卻;直接冷卻也稱為浸沒式冷卻，因?yàn)殡姵乇恢苯咏]在介電冷卻液中。

Corrigan表示，“如果你采用我們正在研發(fā)的低電導(dǎo)率冷卻液，就可以緩解這些問題。我們的配方團(tuán)隊面臨的挑戰(zhàn)是必須在維持低電導(dǎo)率的同時確保防腐蝕性能，目的是為了減少材料沉積、熱傳遞中斷，以及最糟糕的情況——大量材料沉積導(dǎo)致冷卻液泄漏至其他不應(yīng)接觸冷卻液的區(qū)域。

Prestone的研發(fā)團(tuán)隊已開發(fā)出新型性能添加劑配方，以增強(qiáng)冷卻液本身的散熱性能，從而提高組件之間的熱交換效率。Corrigan聲稱，該配方有助于提升任何電池材料體系的性能，而且可能有助于解決鎳鈷錳(NMC)和磷酸鐵鋰(LFP)電池材料體系之間的安全性差異。他表示，預(yù)計OEM將于“未來幾年”內(nèi)采用新型電動車電池冷卻液。2中國新法規(guī)

將來電動車車主是否需要自行維護(hù)或更換冷卻液?目前大多數(shù)電動車使用的冷卻液都可以“終身使用”，無需更換。Corrigan指出，“即使我們使用低電導(dǎo)率冷卻液，其電導(dǎo)率也會隨時間推移而逐漸增加。隨著冷卻液的逐漸降解，它會吸收系統(tǒng)中的雜質(zhì)并形成離子，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到300μS/cm(即每厘米微西門子，衡量電導(dǎo)率的單位)時，就會出現(xiàn)安全問題。此時建議更換冷卻液?！?/p>

不僅如此，監(jiān)管壓力也正在逼近。中國政府已經(jīng)起草了一項針對電動車?yán)鋮s液的法規(guī)(GB 29743.2)，旨在降低冷卻液電導(dǎo)率以減少電池火災(zāi)。SAE電池標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)委員會主席Brian Engle表示，預(yù)計該法規(guī)將于2026年7月生效，屆時所有在華銷售車輛都必須符合該法規(guī)要求。

Engle解釋道，“該法規(guī)規(guī)定，新型冷卻液電導(dǎo)率不得高于100μS/cm，即使考慮老化效應(yīng)，其電導(dǎo)率也不得高于300μS/cm。這就要求未來電動車?yán)鋮s液設(shè)定明確的使用壽命，而非無限期使用。這一要求將改變冷卻液的配方?！?/p>

Prestone公司的Corrigan表示，“中國國標(biāo)規(guī)定的100μS/cm閾值是一個安全閾值，在冷卻液與高壓電子元件意外接觸時，100μS/cm的電導(dǎo)率可提供一定的安全性，但這也帶來了挑戰(zhàn)。因?yàn)槔鋮s液的電導(dǎo)率主要來自防腐蝕添加劑，雖然去除這些添加劑可以降低電導(dǎo)率，但同時也犧牲了防腐蝕性能。目前我們的研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)進(jìn)行了大量技術(shù)開發(fā)工作，以確保我們的冷卻劑在滿足中國國標(biāo)的防腐要求的同時保持低電導(dǎo)率。作為參考，Prestone冷卻液的電導(dǎo)率約為75 μS/cm?！?/p>