【汽車校友百校聯盟】新能源汽車電池熱管理技術解析：五大類型對比與未來發展趨勢

• 整車熱管理組成

新能源車型的冷卻系統一般由三個部分組成：電池冷卻循環系統、電機電控冷卻循環系統、空調暖風循環系統。而PHEV車型的還多一個發動機冷卻循環系統。電池循環系統主要為電池加熱或冷卻，電機循環系統主要冷卻驅動電機和CIDD（驅動電機控制器），空調暖風系統主要給乘員艙加熱或制冷。主要涉及的功能部件有電子水泵、三通電磁閥、兩通電磁閥、PTC、熱交換器、液氣分離器、散熱器、膨脹水壺、冷卻管路以及各種固定支架等。以電子水泵為動力源，冷卻液為介質，電磁閥控制流向，使冷卻介質沿著管路流經散熱器、被冷卻體，通過熱量交換從而進行散熱降溫，使功能件的工作溫度始終保持在一個理想工作范圍內，使其性能最大化。不管是純電動車型還是混合動力車型，電池熱管理循環回路都是獨立于其他系統，主要原因是電池包的正常工作溫度范圍與其他系統相差較大。電池包的工作溫度一般情況不允許超過35℃，而驅動電機則經常工作在55℃左右，發動機工作溫度范圍則在95℃左右，因此各回路必須分別獨立運行。

• 與傳統汽車熱管理的差異

傳統汽車的熱管理單一，沒有復雜的控制和零部件系統，它的目標只需要保證發動機溫度始終工作在一個理想的范圍，而為乘員艙提供需要的熱量則是利用發動機工作產生的余熱，完全不消耗額外功率。新能源汽車與傳統汽車在系統結構上就存在著較大的差異，系統零部件在整車上布置安裝的要求也隨之提高，對機艙的空間需求更大，不同類型的新能源汽車又有著不同的特點；對于純電動車而言，沒有發動機作為冷卻液循環的動力源，也沒有發動機的余熱可以利用。而對于混合動力汽車來說，因為其特殊的控制策略，發動機在不工作的時候也無法為冷卻液的循環提供動力，也不能實時的為乘員艙提供所需要的熱源。因此在結構上，新能源車型的熱管理系統都設計有獨立的電子水泵為冷卻液的循環提供動力，暖風則通常采用電加熱方式，設計獨立的電加熱PTC把冷卻液加熱后，冷卻液再循環到車內暖水箱給乘員艙提供熱量，這是目前主流的方式；也有一種是直接加熱經過蒸發箱的空氣，通過風機把熱量吹進車內，這種方式因為涉及到車內安全，目前極少采用。

• 直接冷卻型

• 散熱器水冷型

散熱器冷卻回路是一個獨立的回路，由散熱器、電子水泵、加熱器等組成，以防凍液為介質，防凍液從散熱器出來，經過加熱器再到電池，最后又回到散熱器，通過這種循環方式來給電池冷卻和加熱。該系統結構簡單，成本不高，在常年低溫環境下節能等優點。但是該系統散熱效率低，在夏天高溫氣候環境下水溫高，不能滿足高溫環境下的使用工況，見圖2。

• 直冷水冷型

此系統是在直冷與水冷的基礎上進行整合，通過電池冷卻器Chiller（也叫熱交換器）把空調系統與水冷系統進行橋接。該系統規避了前兩種冷卻方式的缺點，是目前最常用的電池熱管理系統之一。系統零部件比前兩種多，系統比較復雜，需求的零部件布置空間相對較大，在工作時壓縮機負荷大，對整車耗能大經濟性差。另外，當空調系統部分出現故障時，電池的冷卻需求得不到最大滿足，見圖3。

• 水冷混合型

該系統是在直冷水冷系統的基礎上，再增加一套散熱器水冷系統，把兩者按并聯回路進行布置，通過控制電磁閥，在不同條件下使用不同回路給電池冷卻。在低溫環境下，只需散熱器水冷系統工作。當處于高溫環境下，切換到直冷水冷系統工作。在惡劣工況下，兩個系統可以同時工作，電池還可以獲得最大冷卻能力，基本可以覆蓋所有使用環境。此套冷卻系統極其復雜，成本高，對整車布置空間要求高，系統的控制策略復雜，穩定性及可靠性是一個挑戰。該系統在市場大多混合動力PHEV車型上也有使用，已擁有成熟技術，見圖4。

• 風冷卻型

該系統則是直接把乘員艙制冷的冷風通過管道引到電池，使用該冷風對電池進行空氣冷卻。該系統優點是結構簡單，冷風溫度可控，系統成本低。但是同樣具有直冷系統的缺點，系統無制熱功能，且電池表面產生的冷凝水不易干燥，對電池內部有侵蝕污染的風險。一般不推薦使用這類熱管理方式，見圖5。