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2022.05.01
學習教室

汽車熱管理系統

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汽車電池

 

  

汽車熱管理系統的角色愈發受到重,在早期的汽車研究中,並未細分出熱管理這個領域,相關的主題主要集中在調節車艙溫度的空調系統以及幫助發動機降溫的冷卻系統等。然而,隨著汽車消費者對空調舒適度和節能要求的提高,以及國家對油耗和排放的要求日益提升,加上汽車領域的電動智能化浪潮,新能源汽車的崛起,使得汽車熱管理變得愈加重要,因此,未來熱管理行業的需求確定性大大提高。

 

汽車熱管理的目標是通過對熱量的管理實現車艙的升降溫以及汽車各個系統的正常運行,車艙升降溫主要透過汽車空調系統實現,而汽車各個系統的正常運行則主要依賴其他熱管理系統。傳統汽車和新能源汽車的熱管理系統構成存在一定差異,由於新能源汽車的迅速發展,能夠抓住新能源汽車熱管理系統需求升級機遇的企業有望實現快速增長。

 

電池熱管理系統的作用是對電池的溫度進行監控,並根據需要主動控制電池溫度。電池所處環境的溫度直接影響著電池的性能。若溫度過高,可能導致電池壽命縮短甚至引發安全問題;反之,若溫度過低,則會降低電池的放電能力,進而減少電池的使用時間。因此,對電池進行熱管理十分必要。

 

首先,需測量確定電池的最適工作溫度範圍,然後計算電池熱場,進行工作期間的溫度預測。接著,根據這些資訊,選擇電池組的傳熱介質並設計散熱結構,以保持電池工作期間的溫度在最適範圍內。

舉例來說,刀片電池採用了創新的電池熱管理方式,液冷板布置在電芯上方,同時在電芯之間設計了導熱層。這種方案的熱交換面積比傳統方型電芯大得多,能夠有效將電芯的熱量傳遞給水冷板,使得刀片電池的熱管理效果更為優異。

 

電池熱管理系統根據技術類型可分為液冷系統(包括直接液冷系統和獨立回路液冷系統)、風冷系統和相變材料系統,其中相變材料系統目前仍處於研究階段。

 

 表:電池熱管理技術對比

 

空氣

直接液冷

獨立回路

相變材料

介質

空氣

制冷劑R134a

冷卻劑水乙二醇

相變材料

成本

較高

較高

中等

溫度均衡

中等

能耗表現

中等

熱管理控制

中等

理論優異

低溫表現

中等

技術成熟度

成熟

成熟

成熟

實驗階段

目前應用

低端車

終端車

中高端車

 

液冷系統的類型:

直接液冷系統:將電池包內部的板式蒸發器通入製冷劑R134a,並接入空調製冷劑回路,利用蒸發吸熱,從而達到帶走電池包熱量的作用 (使用該系統的代表車型有寶馬i3、奧迪A6、賓士S400等)。

獨立回路液冷系統:電池設計有獨立的冷卻劑(水乙二醇)回路,當電池溫度較低時(38-45℃),通過低溫散熱器進行冷卻,而當電池溫度過低時,回路上的加熱器如PTC加熱器開始工作對電池加熱;當電池溫度較高時(45℃以上),系統會通過電池冷卻器Chiller與空調製冷劑回路進行熱交換完成冷卻 (使用該系統的代表車型有江淮iEV7S、比亞迪宋、雪佛蘭Bolt等)。

 

 

遠瞻智庫 發布日期:2021 年 03 月 02 日  汽車熱管理專題研究:汽車電動化浪潮下,熱管理重視度提升 https://kknews.cc/zh-hk/tech/g4n4a6e.html
文章編輯 高柏行銷團隊

 


林唯耕教授
 

作者

林唯耕教授

學歷 | 美國馬里蘭大學博士
現職 | 國立清華大學,工程與系統科學系,兼任教授
專長 | 電子構裝散熱、熱管、環路式熱管(CPL,LHP,PHP)、節能設計、太陽能儲熱與冷卻、熱流系統、電子元件之冷卻、雙相流、人造衛星暨高空飛行物之熱傳元件

 

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