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我们都知道动力电池的工作温度会对电池性能产生很大的影响。但是会产生什么具体的影响呢？

让我们先看一下下面两个曲线图。下图中左图的横坐标是电池循环充放电次数，纵坐标是电池可用容量。可以看出，随着电池的充放电次数的增加，电池的可用容量是减少的，但是温度越高，电池的可用容量衰减越快。下图中右图的横坐标是电池工作温度，纵坐标是电池放电功率，可以看出从-40℃到0℃的温度区间内电池的放电功率急速上升，0℃到40℃电池的放电功率趋于平稳。而超过45℃时，电池包的放电功率会有一个断崖式的下降。

由此可见，电池的工作需要一个适宜的温度。这也就是电池热管理系统存在的意义。

按照冷却方式不同，可以将电池包热管理技术分为风冷、液冷和直冷。

风冷技术是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。目前主要在五菱宏光MINI EV等微型电动车上进行搭载。

优点：结构简单、质量轻，可将有害气体有效带走，成本较低。

缺点：换热系数比较低，速度慢，效率低，内部均温性不佳，对电池的寿命有着较大的影响。

液冷技术是通过液体对流换热，将电池产生的热量带走，从而降低电池温度的技术，是目前市场上最主流的冷却方案。

优点：

1. 与风冷相比，以冷却剂为介质的系统具有数十倍的比热容和更高的传热系数，带来更好的冷却效果；

2. 温度和温差明显降低后，电池组在工作效率、稳定性和耐用性上得到显着提升；

3. 在低温情况下，系统还可以给电池包加热；

4. 液冷系统的布置形式比较灵活，可在电池单体或电池模块间设置冷却通道，可以在电池底部采用冷却板，也可以两种方式同时布置。

缺点：

1. 液冷电池缺点就是结构比较复杂，增加了电池组的重量；

2. 增加了电池组的体积，侵占车舱空间，相当于降低能量密度；

3. 液体冷却系统的成本也会更高。

直冷技术是利用冷媒蒸发潜热的原理，在整车或电池系统中建立空调系统，将空调系统的蒸发器安装在电池系统中，制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走，从完成对电池系统冷却的作业。目前主要搭载在比亚迪DM-i，Jeep插混等车型。

优点：冷媒板设计更简单，可拆卸，冷却系统可以轻松更换甚至维修。

缺点：是无法直接对电池包加热，需要一套新的加热系统。

进一步聊聊目前市场应用最广泛的液冷方案。液冷方案的核心零部件是水冷板，推动水冷板不断迭代和发展的一个重要因素是：提高导热效率，提高导热效率通常有以下几种方案：

1）提高冷板自身（材料）的导热性能

冷板自身材料上，最常见的方案是铝合金和铜金属，其中铜的导热效果更好，但是材料的价格要贵的更多，因此目前在乘用车电池包中主要采用的是铝合金。

2）提高冷板与电芯之间界面的导热率

下图为CMP（Cell-Module to Pack）电池包的示意图。由图可以看到电芯-模组-冷板之间的连接关系，可以概括为电芯→蓝色结构导热胶→模组壳体→粉色导热胶→PACK下箱体→结构导热胶→水冷板的漫长路径。需要经过3层导热胶。因此，对于提高导热界面的导热效率，主要是在导热界面材料TIM（Thermal Interface Material）上做功夫。由最开始的空气介质，到后来的导热垫，再到目前的导热胶，TIM的导热效果在不断提高。

3）调整流道设计，提高冷板与电芯的接触面积和流体自身的换热效果

流道设计方案上，目前应用最多的是型材+焊接的方案。按照流道成型工艺，可以分为以下两种：

口琴管设计：利用挤出工艺将冷板流道直接成型，再通过机加工方式打通循环，最后采用摩擦焊接、钎焊焊接等焊接方式进行密封组装。这种工艺的优点是生产效率高，成本低。缺点是结构灵活性差，还需要增加金属管路，空间利用性相对较差.

冲压流道设计：与口琴管设计不同点就是冷却板直接通过冲压方式成型，再通过焊接方式密封组装。这种产品虽然成本相对较高，但是集成效率更高，一致性更好。

4）不同冷板布置方案

根据布置位置的不同，可以分为电芯侧面冷却和电芯底部（顶部）冷却。下面我们通过一系列实际案例进行说明。

电芯侧面冷却以特斯拉Model S，GM Volt和CATL的麒麟电池进行说明：

Model S的液冷采用串行流道，冷板安装于电池间隙，这个设计保证了每个圆柱电芯都能与水板直接接触，但是蛇形冷板较大程度上增加了液冷系统的压力损失。

与Model S相比，Volt采用了并联片状结构流道板，冷却水板为与两个软包电芯之间，更加紧凑，散热效果略胜一筹。

麒麟电池包的冷却是依靠一个叫做多功能弹性夹层的零件。该零件是口琴管与水管的组合，这种设计代替了CTP2.0(Cell To Pack)中的隔热垫、水冷板和横纵梁。结构上，多功能弹性夹层类似于瓦楞纸板，既可以配合电芯呼吸进行自由伸缩，又能够作为结构件，提高电池包强度。另外，口琴管设计的纵向水冷板直接将电芯隔离开，让每块电芯得到更大的冷却面积，相比底部冷却扩大了足足4倍。

电芯底部（顶部）冷却以Porsche Taycan进行说明：

Taycan的模组布置分上、下层，所以它的水冷系统也是分上下层，总共有13个冷却支路，如下图所示。整个水冷板通过结构导热胶与下箱体粘接在一起。每个冷却支路有2个水冷管并联，水冷管采用口琴管的方案。从冷管的横截面图可以看出，每根冷管共有10个并联流道，每个流道的尺寸为3mm*2mm；整个冷管的厚度约为4mm，宽度约为35mm。

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标签: 动力 电池 动力电池

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