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2021.03.01
學習教室

林唯耕教授詳解:電動車的四種熱管理方案

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電動車充電

 

目前的電動車熱管理方案大致分成四種:氣冷、液冷、直冷、相變化材料冷卻

 

  1. 氣冷(Air cooling)

氣冷是以低溫空氣為介質,利用熱對流降低電池溫度的一種散熱方式,分為自然對流和強制對流。該技術利用自然的氣流或風扇,配合汽車自帶的蒸發器為電池降溫,系統結構簡單、便於維護,在早期的電動車應用廣泛,如Nissan Leaf、Soul EV等,在目前的電動巴士、電動物流車中也被廣泛採納

 

  1. 液冷(liquid cooling)

液冷是透過冷卻液間接與電池作熱交換,將電池產生的熱量帶走來降低電池溫度,選擇的液體(目前主流為乙二醇)熱傳導係數大、比熱大,對降低最高溫度、提升電池包均溫性的效果顯著,同時熱管理系統的體積也相對較小。液冷系統形式較為靈活,可將電池單體或模塊沉浸在液體中、也可在電池模塊間設置冷卻通道,或在電池底部採用水冷板。電池與液體直接接觸時,液體必須保證絕緣(如礦物油)避免短路,同時,液冷系統的氣密性要求也較高。此外,就是機械強度、耐振動性、以及壽命要求。液冷是目前許多電動乘用車的優選方案,典型產品如BMW i3、Tesla、Chevrolet Volt。

 

  1. 直冷(direct cooling)

直冷是利用冷媒(R134等)蒸發潛熱的原理,在整車或電池系統中建立空調系統,並將蒸發器安裝在電池系統中,冷媒在蒸發器中蒸發並快速且高效地將電池系統的熱量帶走,完成對電池系統的熱管理作業;目前在電動車上通過直冷的熱管理方案最典型的是BMW i3(i3有液冷、直冷兩種冷卻方案)。

 

  1. 相變化材料(PCM - Phase Change Material)冷卻

相變化材料是指隨溫度變化而改變物理性質並能提供潛熱的物質、轉變物理性質的過程稱為相變過程,這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。以固-液相變化為例,在加熱到熔化溫度時,就產生從固態到液態的相變,融化的過程中,相變材料吸收並儲存大量的潛熱,若應用在電池包可使內的溫度大幅下降。常見的相變化材料有:石蠟類、高級脂肪酸類、聚烯烴、醇類…等。目前Gogoro便是將石蠟應用在自家電動機車的電池包吸熱與均溫。

 

 

文章編輯 高柏科技團隊

 


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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