新能源汽車：動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)原理

新能源汽車動(dòng)力電池作為汽車的動(dòng)力源，其充電、放電的發(fā)熱會(huì)一直存在。動(dòng)力電池的性能和電池溫度密切相關(guān)。

為了盡可能延長動(dòng)力電池的使用壽命并獲得最大功率，需在規(guī)定溫度范圍內(nèi)使用蓄電池。原則上在-40℃至+55℃范圍內(nèi)（實(shí)際電池溫度）動(dòng)力電池單元處于可運(yùn)行狀態(tài)。因此目前新能源的動(dòng)力電池單元都裝有冷卻裝置。

動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)有空調(diào)循環(huán)冷卻式、水冷式和風(fēng)冷式。

1.空調(diào)循環(huán)冷卻式

在高端電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池內(nèi)部有與空調(diào)系統(tǒng)連通的制冷劑循環(huán)回路。BMWX1xDrive25Le（F49PHEV）插電式混動(dòng)車型動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)如下圖所示。

動(dòng)力電池單元直接通過冷卻液進(jìn)行冷卻，冷卻液循環(huán)回路與制冷劑循環(huán)回路通過冷卻液制冷劑熱交換器（即冷卻單元）連接。因此，空調(diào)系統(tǒng)制冷劑循環(huán)回路由兩個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成。一個(gè)用于冷卻車內(nèi)空間，一個(gè)用于冷卻動(dòng)力電池單元。兩個(gè)支路各有一個(gè)膨脹和截止組合閥，兩個(gè)相互獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)圖示如下圖所示。

冷卻工作原理：

電動(dòng)冷卻液泵通過冷卻液循環(huán)回路輸送冷卻液。只要冷卻液的溫度低于電池模塊，僅利用冷卻液的循環(huán)流動(dòng)便可冷卻電池模塊。冷卻液溫度上升，不足以使電池模塊的溫度保持在預(yù)期范圍內(nèi)。

因此必須要降低冷卻液的溫度，需借助冷卻液制冷劑熱交換器（即冷卻單元）。這是介于動(dòng)力電池冷卻液循環(huán)回路與空調(diào)系統(tǒng)制冷劑循環(huán)回路之間的接口。

如冷卻單元上的膨脹和截止組合閥使用電氣方式啟用并打開，液態(tài)制冷劑將流入冷卻單元并蒸發(fā)。這樣可吸收環(huán)境空氣熱量，因此也是一種流經(jīng)冷卻液循環(huán)回路的冷卻液。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）再次壓縮制冷劑并輸送至電容器，制冷劑在此重新變?yōu)橐后w狀態(tài)。因此制冷劑可再次吸收熱量。

為了確保冷卻液通道排出電池模塊熱量，必須以均勻分布的作用力將冷卻通道整個(gè)平面壓到電池模塊上。通過嵌入冷卻液通道的彈簧條產(chǎn)生該壓緊力。針對電池模塊幾何形狀和下半部分殼體對彈簧條進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)節(jié)。

熱交換器的彈簧條支撐在高電壓蓄電池單元的殼體下部件上，從而將冷卻液通道壓到電池模塊上。

動(dòng)力電池單元冷卻液循環(huán)回路內(nèi)的電動(dòng)冷卻液泵額定功率為50W。電動(dòng)冷卻液泵利用冷卻單元上的支架固定，其安裝于動(dòng)力電池的右后角。

冷卻液膨脹箱和冷卻液管路如下圖所示。

2.水冷式

水冷式動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)是使用特殊的冷卻液在動(dòng)力電池內(nèi)部的冷卻液管路中流動(dòng)，將動(dòng)力電池產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻液，從而降低動(dòng)力電池的溫度。下面以榮威E50電動(dòng)汽車為例介紹動(dòng)力水冷式冷卻系統(tǒng)。

榮威E50冷卻系統(tǒng)分為2個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，分別是逆變器（PEB）/驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、高壓電池包冷卻系統(tǒng)（ESS）。

榮威E50動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要有膨脹水箱、軟管、冷卻水泵、電池冷卻器等組成。

冷卻系統(tǒng)利用熱傳導(dǎo)的原理，通過冷卻液在各個(gè)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)回路中循環(huán)，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、逆變器（PEB）和動(dòng)力電池包保持在最佳的工作溫度。冷卻液是50%的水和50%的有機(jī)酸技術(shù)（OAT）的混合物。冷卻液要定期更換才能保持其最佳效率和耐腐蝕性。

01.膨脹水箱

膨脹水箱裝有泄壓閥，安裝在逆變器（PEB）托盤上，溢流管連接到電池冷卻器的出液管上，出液管連接在冷卻水管三通上。膨脹水箱外部帶有“MAX”和“MIN”刻度標(biāo)示，便于觀察冷卻液液位。

02.軟管

橡膠冷卻液軟管在各組件間傳送冷卻液，彈簧卡箍將軟管固定到各組件上。動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)（ESS）軟管布置在前艙內(nèi)和后地板總成下。

03.冷卻水泵

動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)冷卻液泵通過安裝支架，并由2個(gè)螺栓固定在車身底盤上，經(jīng)由其運(yùn)轉(zhuǎn)來循環(huán)高壓電池包冷卻系統(tǒng)。

04.電池冷卻器

電池冷卻器（Chiller）是動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，它負(fù)責(zé)將動(dòng)力電池維持在一個(gè)適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?，使?dòng)力電池的放電性能處于最佳狀態(tài)。電池冷卻器（Chiller）主要由熱交換器，帶電磁閥的膨脹閥（TXV），管路接口和支架組成。熱交換器主要用于動(dòng)力電池冷卻液和制冷系統(tǒng)的制冷劑的熱交換，將動(dòng)力電池冷卻液中的熱量轉(zhuǎn)移到制冷劑中。

動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)冷卻液循環(huán)如下圖所示。

系統(tǒng)控制圖如下圖所示。

如上兩幅圖所示，BMS負(fù)責(zé)控制電動(dòng)水泵，電動(dòng)水泵會(huì)在高壓電池包溫度上升到32.5℃時(shí)開啟，在溫度低于27.5℃時(shí)關(guān)閉，BMS發(fā)出要求電池冷卻器膨脹閥關(guān)閉和水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的信號。

ETC收到來自BMS的膨脹閥電磁閥開啟的信號要求，ETC首先打開電池冷卻器（Chiller）膨脹閥的電磁閥，并給EAC發(fā)啟動(dòng)信號。高壓電池組最適宜溫度值為20℃~30℃。

正常工作時(shí)，當(dāng)高壓電池組的冷卻液溫度在30℃以上時(shí)，ETC會(huì)限制乘客艙制冷量，冷卻液溫度在48℃以上，ETC會(huì)關(guān)閉乘客艙制冷功能，但除霜模式除外。

ETC只控制冷卻液溫度。BMS控制冷卻液與BMS高壓電池包內(nèi)部的熱量交換。

當(dāng)車輛進(jìn)入快速充電模式時(shí)，ETC會(huì)被網(wǎng)關(guān)模塊喚醒，此時(shí)高壓電池包冷卻系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3.風(fēng)冷式

風(fēng)冷式動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)是利用散熱風(fēng)扇將來自車廂內(nèi)部的空氣吸入動(dòng)力電池箱，以冷卻動(dòng)力電池以及動(dòng)力電池的控制單元等部件。

豐田普銳斯、凱美瑞（混動(dòng)版）、卡羅拉雙擎、雷凌雙擎采用風(fēng)冷式動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)。部件組成和原理圖如下圖所示。

車廂內(nèi)部的空氣通過位于后窗臺(tái)裝飾板上的進(jìn)氣管流入，向下流經(jīng)動(dòng)力電池或DC-DC轉(zhuǎn)換器（混合動(dòng)力車輛轉(zhuǎn)換器），以降低動(dòng)力電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器（混合動(dòng)力車輛轉(zhuǎn)換器）的溫度?？諝馔ㄟ^排氣管從車內(nèi)排出。

廣汽傳祺AG電動(dòng)汽車同樣采用風(fēng)冷式動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)，其動(dòng)力電池散熱系統(tǒng)裝配圖如下圖所示。

車廂內(nèi)部的空氣通過位于后窗臺(tái)裝飾板上的進(jìn)氣管流入，向下流經(jīng)動(dòng)力電池，以降低動(dòng)力電池溫度，然后經(jīng)過BMS、總正負(fù)繼電器等電器元件，降低自身溫度后，通過排氣管將空氣排除車內(nèi)。

散熱風(fēng)扇為直流低電壓風(fēng)扇，配備獨(dú)立的DC-DC轉(zhuǎn)換器；當(dāng)散熱風(fēng)扇工作時(shí)，電流從動(dòng)力電池流出經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器將350V直流高電壓轉(zhuǎn)換成12V～16V的直流低電壓，提供給散熱風(fēng)扇。

動(dòng)力電池A和動(dòng)力電池B的冷卻示意圖如下圖所示。

動(dòng)力電池A、B冷卻路徑：車廂內(nèi)部的空氣通過位于后窗臺(tái)裝飾板上的進(jìn)氣管流入，向下流經(jīng)動(dòng)力電池，以降低動(dòng)力電池的溫度，然后經(jīng)過BMS、總正負(fù)繼電器等，降低電器元件的溫度后，空氣被冷卻風(fēng)扇抽出通過排氣管從車內(nèi)排出。