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电池水冷板的技术现状及发展趋势

2022-06-07

  电池水冷板">水冷板的技术现状及发展趋势


  推动水冷板不断迭代发展的一个重要因素就是提高导热效率。


  提高热传导效率通常有以下几种方案:


  (1)增加冷板和电池单元之间的接触面积;


  (2)提高冷板和电池单元之间的界面的导热性;


  (3)提高冷板本身(材料)的导热性;


  (4)调整流道的设计,提高流体本身的换热效果;


  (5)不同水冷板厂家">水冷板厂家的布局图。


  

目前工业上主要使用铝合金作为水冷板的材料。铜的导热效果更好,但是成本要贵很多,所以不是主流方向,在非电池组领域有应用。为了提高导热界面的导热效率,主要在导热界面材料TIM上进行努力。从之前的空气介质,到后来的导热垫,再到现在的导热膏,TIM的导热效果在不断提升。


  以上两点确定后,冷板设计的重心基本集中在增加冷板与电芯的接触面积,调整流道设计,提高流体本身的效果。我们可以从法雷奥对不同充电功率所要求的冷却效果(综合传热系数)的划分来对比这种变化。


  图2、图3、图4是目前电池系统使用最广泛的冷板方案,其中:


  2号图展示了经典的口琴管设计。之前口琴管应用的案例太多了。特斯拉的第三代产品是口琴管,宝马i3,宝马X1 PHEV,奥迪e-tron,Taycan等。但是口琴管的方案在功率领域很少使用。


  3号显示冲压水冷板加工">水冷板加工。代表性应用产品有捷豹-Pace、Bolt  EV、大众MEB、宁德Model  3等,均采用此方案。相比口琴管的设计,打孔通道冷板增加了冷板与电芯的接触面积,可以提供更好的散热效果。


  图4显示了凸包冷板。与前两种方案相比,凸包冷板设计用于冷却,改变了流体的流动特性。口琴管和冲压通道都是层流,凸包冷板的液体流动是湍流(紊流)。在层流状态下,由于各层中的流体不相互混合,传热方式主要是传导。湍流是层流点之间的剧烈混合,大大强化了传热。因此,湍流中的放热系数。同时,凸包冷板与电芯的接触面积也增加了。


  凸包冷板的代表产品有宝马iX3、福特野马Mach-e、比亚迪EV等。


  冲压流道和凸包,大平板冷板设计,迎合了目前快充、大模组、CTP的设计思路,是目前主要的应用趋势。另外,根据模块、接口材料TIM、箱体、电芯的存在,这四个可以按照冷板的位置来划分,冷板的布局方案至少有六种,其中箱体一体式水冷板是目前比较流行的设计思路。内鳍片的设计思路在电力电子和电气领域应用广泛,在电池系统领域还没有量产案例,但国内有部分企业在做。


  这块材料,除了金属,一些材料企业都在尝试塑料冷板的方案。这是一个非常令人惊讶的方向,期待量产方案。


  超级充电对电池散热提出了更高的要求。好的散热方案往往是匹配这五点的系统性工作,是考验各个企业综合设计能力的时候了。


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