新能源汽車動力電池液冷散熱簡介
新能源汽車行業背景
在海外，特斯拉作為引領者，推動汽車行業向電動化、智能化發展，傳統主流車企由過去的觀望和謹慎，紛紛加大投入，積極布局電動汽車戰略。
在國內，新能源汽車被列為國家戰略性新興產業，從直接的補貼政策到市場化驅動的雙積分政策，新能源汽車的發展一直以來受到相關部門的關注與支持。
根據中國汽車工業協會的數據顯示，2019年1~6月，中國汽車產業整體產銷量分別為1213.2萬輛和1232.3萬輛，同比分別下跌13.7%和12.4%，但是，新能源汽車依舊保持高速發展，產銷量分別為61.4萬輛和61.7萬輛，同比分別增長48.5%和49.6%。預計2025年全球新能源汽車僅乘用車銷量就將達到1100萬輛。
新能源汽車電池與散熱概況
出于電動汽車動力電池更高續航里程的追求，目前高鎳化是行業內最為關注的重點。近年來，技術上已經能穩定上車的可能在250-260Wh/kg之間，300Wh/kg將是一個突破口。如何通過電池熱管理平衡能量密度提升之后的安全性能，是最為緊迫的一項任務。
作為新能源汽車的重要組成部分，熱管理系統在整車需求量快速增長、單車價值量提升的雙重驅動下，未來市場空間巨大。
預計2019年新能源乘用車銷量110萬輛，2020年達150萬輛，其中采用液冷型熱管理系統約占70%，風冷型熱管理系統約占30%。相對應的汽車空調系統市場空間約有25.3億元、34.5億元，整車熱管理系統則是70億元與96 億元。
新能源汽車動力電池分類
目前，主流的鋰電池封裝形式主要有三種，即圓柱、方形和軟包。圓柱和方形電池的外包裝多為鋼殼或者鋁殼。軟包外包裝為鋁塑膜，其實軟包也是一種方形，市場上習慣將鋁塑膜包裝的稱為軟包，也有人將軟包電池稱為聚合物電池。不同的封裝結構意味著不同的特性，它們各有優缺點。
方形電池
圓柱電池
軟包電池
電池特性
動力電池主要由：正極、隔膜、負極、電解液、電池外殼組成。
正極
活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電集流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔
隔膜
一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過
負極
活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔
電解液
在鋰電池正、負極之間起到傳導離子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優點的保證。一般由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。
電池外殼
分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等。
電池材料物理參數
在電池液冷散熱設計中，可以通過降低單電池厚度、采用雙面冷卻技術、填充高導熱材料等措施減小電池內部到液冷板之間的熱阻。
電池液冷板設計要求
溫度是確保動力電池性能最重要的參數之一，適宜的工作溫度，能夠有效減緩電池的老化、鼓包和安全性問題，同時能夠發揮電池的最優性能。
通常的動力電池包內，集成了多個電池單體，單體性能的一致性直接影響電池組整體的性能和壽命。處在電池包內不同位置的電池單體，其散熱條件也有所不同。動力電池的液冷板的性能主要取決于：
A 電池包內部整體維持在合理溫度范圍內；
B 不同電池單體的溫差盡可能??；
C 電池與液冷板之間的接觸熱阻盡可能得小;
D 冷卻液與冷板的熱阻?。?/p>
E 冷板內的冷卻液流速均勻性要求；
F 液冷板密封可靠性要求；
G 液冷板輕量化要求；
電池與液冷板的熱阻小，有利于把電池的熱量更快傳導至液冷板，同時更小的熱阻有利于冷卻液更好的進行對流換熱。冷卻液流速的均勻性，是保障散熱的均勻性，減少局部溫度過高的前提。
同時，車輛在行駛過程中振動、沖擊、高低溫交替等情況不可避免，密封可靠性高的液冷板可以有效防止因冷卻液泄漏導致的無法散熱、電池溫度過高甚至引起電池爆炸等問題。
動力電池系統對能量密度有著很高的追求，因此對液冷板的重量有嚴格的要求，若液冷板過重，將嚴重拉低系統能量密度，客戶和設計者都將無法接受。
影響液冷板冷卻效果的主要因素
冷卻液的溫度
在冷卻過程中，冷卻液的溫度低，電池與冷板接觸部分的溫度低，遠離冷板的位置，溫度高，二者的溫差較大；另一方面，冷卻液在電池包內部循環過程中，從進口到出口，溫度一直在發生變化，因此電池單體的溫度有所不同。需進行深入的分析，只有精確的系統級的熱設計可以解決這個問題，而不只是簡單的調節冷卻液溫度。
冷卻液流量
冷卻液的流量越大，單位時間內帶走的熱量越多，進出口的溫差越小，但對應的泵的功率大，能耗高，液體壓強大，同時泵具有不同的規格，相同條件下，流量大的泵通常成本更高。一味的追求大流量將導致能耗、液體壓強和成本增加，對液冷循環系統的強度也是一個很大的考驗，泄漏風險上升。
電池液冷散熱解決方案
作為新能源汽車的核心組成部分的動力電池包，其液冷板的性能直接關系到電池包散熱的好壞和功率密度的提升。在更高的系統能量密度的要求下，研發了輕量化超薄液冷板，采用最新的吹脹成型技術，最薄處為0.6mm，有效降低了冷板的重量。
案例一：超薄液冷板
對于冷卻性能的提升方面，在不改變進出口流道的結構布局前提下，通過流道的優化改進，提升溫度均勻性，優化后的冷板最高溫度比優化前降低了5℃，已申請專利保護。
案例2：板翅式高效換熱液冷板
祥博傳熱采用無釬劑的真空釬焊技術，在上下導熱面板中填充鋸齒形換熱翅片，在提高換熱性能的同時還改善流道均勻性性。真空釬焊成型工藝具有表面清潔度度高，流道性好，抗腐蝕性能強，成本低等優勢。
板翅式液冷板截面圖
鋸齒形換熱翅片
液冷板熱仿真圖
液冷板實物圖
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