基于液冷電池熱管理基本原理

液冷板作為冷卻系統(tǒng)的重要組成部件,，由于其位置的特殊性，冷卻板成為設(shè)計過程中的重中之重。液冷板設(shè)計不僅需要保證與電芯充分接觸,，同時考慮液冷板的耐久腐蝕性問題,，因此液冷板的材料選擇往往成為設(shè)計中需要考慮的重要因素。

鋁合金是一種導(dǎo)熱性好,、密度低,、強度高的金屬，因此在動力電池系統(tǒng)中常常被用做液冷板材料以用于電池內(nèi)部的散熱,。乙二醇溶液作為一種主流的冷卻液,，具有比熱容高、冰點低,、流動性強和應(yīng)用成熟的特點,，不僅多用于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，也被用在新能源汽車的熱管理系統(tǒng)上,，原則上鋁合金和冷卻液之間不會發(fā)生明顯的反應(yīng),。

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散熱對新能源汽車是非常重要的,，因為其發(fā)熱功率特別大,，這就需要用到***的大功率散熱器，而傳統(tǒng)的風冷散熱器一般無法滿足其散熱需求,，特別是新能源汽車動力電池包的散熱,，其具有密封性特點，設(shè)計指標要求電動汽車能在全年各種天氣條件下都能夠有高效穩(wěn)定地運行,，而且汽車電池組直接影響汽車的加速度和續(xù)航距離,，所以它的穩(wěn)定性是整車的關(guān)鍵技術(shù)中的一環(huán)，而保證電池組穩(wěn)定發(fā)揮的關(guān)鍵技術(shù)在于其散熱,。動力汽車的電池散熱一般會采用水冷散熱系統(tǒng)散熱,，出色的水冷板散熱器及相關(guān)的管路連接技術(shù)保證其處于合適的溫度下運行。一個好的的動力電池包的溫度管理系統(tǒng)需要保證了每一個單電池的溫度都是全年恒定的,，即使是在極端炎熱天氣下大量使用電池,，能夠保證及時的散熱，防止電池的壽命減弱或者膨脹損壞,，而且在極端寒冷的天氣下大量使用電池,，保證電池的內(nèi)部足夠溫暖，不會影響性能與壽命,。電池的散熱是用液體的冷卻劑流經(jīng)電池組的底部的水冷板,，再由導(dǎo)熱性好的冷卻板與單電池直接接觸，從而使電池快速降溫,。

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近年來電子散熱研究主要集中在計算機類的高熱流芯片上，然而隨著大功率半導(dǎo)體器件如IGBT,、晶閘管等單個器件功率密度越來越大,，傳統(tǒng)的風冷散熱器就有了一定的局限性，大功率散熱方式逐漸從風冷向水冷方式過度,，特別是在高壓變頻,、新能源風電、光伏變流器,、風電并網(wǎng)的柔性直流輸電,、特高壓直流輸電等領(lǐng)域，水冷方式已經(jīng)成為主要的散熱方式,。

冷板設(shè)計方面的有用文獻主要是關(guān)于低功率損耗方面,。盡管有些少量的文獻是采用CFD建模和材料研究用在IGBT、大功率發(fā)光二極管的冷卻和封裝和原子能的鐳射散熱,。但缺少綜合性的論述,。盡管這幾年的一些出版物論述及3D建模來仿真元件級冷卻系統(tǒng)。如微通道冷板,、微射流冷板,、菱形網(wǎng)格狀冷板、液體金屬冷卻,、IGBT雙面冷卻卻,、魚鰭翅片鑲嵌及其他技術(shù)用在平板型半導(dǎo)體器件冷卻上。

為了解決用戶對于續(xù)駛里程的焦慮,，新開發(fā)的電動汽車平臺電池系統(tǒng)能量越來越大,冷卻板在熱管理系統(tǒng)熱量傳遞關(guān)鍵部件，其設(shè)計的好壞直接影響熱管理性能,。

冷卻板的設(shè)計形式及其布置位置也是多種多樣的,，主要根據(jù)電池的類型，電池系統(tǒng)整體的布置來確定,。加之為了保證大能量電池包溫度均勻性,，整個熱管理系統(tǒng)基本都采用多并聯(lián)支路設(shè)計，冷卻流道越長,，溫度均勻性控制越困難,，例如特斯Model X單冷卻管道長度約5.2m到model3單冷卻管道變?yōu)榧s1.9m，通過初步CFD計算,，電池系統(tǒng)整體均勻性有了很大提高,。例如像主流OEM的先進動力電池熱管理系統(tǒng)的水冷板的布置及串并聯(lián)方式。

水冷散熱器這五個節(jié)能方面,，你注意到了嗎.

水冷齒輪箱潤滑分為兩部分：旋轉(zhuǎn)齒輪潤滑系統(tǒng),、傾動齒輪潤滑系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)齒輪潤滑系統(tǒng)：旋轉(zhuǎn)齒輪潤滑系統(tǒng)為自動甘油潤滑，其通過安裝在傳動齒輪上的4個甘油分配器向27個單獨的甘油潤滑點（旋轉(zhuǎn)軸承旋轉(zhuǎn)環(huán)11個甘油潤滑點、傾動軸承旋轉(zhuǎn)環(huán)11個甘油潤滑點,、星型齒輪3個甘油潤滑點,、旋轉(zhuǎn)環(huán)2個甘油潤滑點）提供甘油，頻率為45分鐘,。

傾動齒輪潤滑系統(tǒng)：為內(nèi)裝甘油泵的自動甘油潤滑,，每臺傾動齒輪配有2個干郵箱（每個甘油箱容積2.4L），甘油潤滑布料溜槽傾動軸銅套軸承,，扇形齒段及相關(guān)小齒輪,，共8個潤滑點，頻率為50批料打油1次,。

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水冷散熱器的設(shè)計原則

1基材的選擇：盡量避免一個系統(tǒng)中有兩種電極電位差較大的金屬，減少電化學(xué)腐蝕,。

2冷板種類選擇:基于液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和是否承載重去選擇

3 流量的確定：由于水冷的系統(tǒng)比較龐大,，一般不會對整個系統(tǒng)做仿真分析，而是先設(shè)定水冷散熱器流量,，再根據(jù)對應(yīng)的系統(tǒng)流動阻力匹配水泵,。總熱量和工質(zhì)的物性參數(shù)確定后,，流量和溫升成反比,；若溫升較高，則水冷系統(tǒng)的換熱器（冷卻水用）需要設(shè)計的比較大,；若溫升過低,，則需要選用比較大的水泵。因此溫升過高或過低都會引起成本的增加,?；诮?jīng)濟性考慮，常常有個經(jīng)濟型溫升范圍,，也就同步確定了散熱器的流量,。

4.水冷流道截面的設(shè)計：經(jīng)理論推導(dǎo)，對流熱阻與截面的水力直徑成正相關(guān)的關(guān)系,。也就是說,，其他條件相當，水力直徑越大,，對流熱阻越大,。我們知道，水力直徑D=4A/X,，其中A為流道截面積,，X為流道截面周長,，也就是說，截面積相等的條件下,，周長越大,，水力直徑越小，對流熱阻越小,。

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