廣告
技術(shù)│沖壓式液冷系統(tǒng)開發(fā)案例
2019-03-23 09:28:20· 來源：中國汽研
沖壓式液冷板是靠壓力機和模具對板材施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形形成所需流道結(jié)構(gòu)，然后通過釬焊將液冷板的上下殼體焊接在一起制作而成的。沖壓式液冷板具有流道
沖壓式液冷板是靠壓力機和模具對板材施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形形成所需流道結(jié)構(gòu)，然后通過釬焊將液冷板的上下殼體焊接在一起制作而成的。沖壓式液冷板具有流道可任意設計、接觸面積大、換熱效果好、生產(chǎn)效率高、耐壓與強度好等優(yōu)點，但由于其需要開模，因此成本較高，且對平整度要求高，安裝難度大。
一、設計輸入
1．電芯選型
電芯為方形電芯，其額定容量為42Ah，標稱電壓為3.65V。
2．標準化模組設計
為了方便進行各種類型的汽車電池包能量需求設計，就需要設計標準化模組。此次設計的標準化模組的結(jié)構(gòu)為3并10串，能量為4.6KWh。
3．模組的布置
計劃整個PACK能量為55KWh，因此共需12個模組，360個電芯，模組采用4X3的布置方式。
4．電池包熱管理設計工況
當環(huán)境溫度為40℃，電芯1C放電的平均發(fā)熱功率為5.6W時，電芯的最高溫度不超過40℃，電芯的溫降速率不小于0.2℃/min，各電芯之間的最大溫差控制在5℃以內(nèi)；當環(huán)境溫度為-5℃，電芯的溫升速率不小于0.3℃/min，各電芯之間的最大溫差控制在8℃以內(nèi)。
5．冷卻與加熱方式
采用液體冷卻與加熱，液體為50%的去離子水與50%的乙二醇混合液，液體的溫度通過汽車空調(diào)系統(tǒng)以及PTC進行控制。
二、液冷系統(tǒng)布置
液冷系統(tǒng)采用3并2串的布置方式，一個液冷板上放置兩個模組，液冷板中流道區(qū)域應覆蓋模組底部以保證最大換熱面積，進入液冷系統(tǒng)的冷卻液被分水器分成三路。
三、液冷系統(tǒng)部件設計
液冷板的設計思路為：首先根據(jù)電池包箱體的大小以及模組的布置方式確定液冷板的長度與寬度及其進出口的位置；然后根據(jù)電芯在1C放電工況下的發(fā)熱功率，大致計算出將電芯保持在40℃以下所需帶走的熱量，再通過熱阻法確定流道尺寸；最后根據(jù)液冷板需要滿足的耐壓與強度要求確定其上殼體與下殼體的厚度。
根據(jù)液冷系統(tǒng)的布置方式可以看出，冷卻液經(jīng)過分水器分流后分為三路流入液冷系統(tǒng)，為了保證這三路水的流量相同，就需要在分水器內(nèi)部設置分流柱。
四、液冷系統(tǒng)仿真
當液冷系統(tǒng)模型設計完成后，就需要對液冷系統(tǒng)的冷卻與加熱性能進行仿真驗證。在驗證液冷系統(tǒng)的冷卻性能之前需要知道電芯在1C放電工況時的產(chǎn)熱功率隨時間變化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲得的方法就是對電芯進行絕熱溫升測試，通過對絕熱溫升曲線進行多段線性擬合，擬合得到的斜率即為電芯的產(chǎn)熱功率隨時間變化的數(shù)據(jù)。
在進行仿真前需要對數(shù)模進行簡化，然后將物性參數(shù)與初始條件輸入仿真軟件。
當環(huán)境溫度為40℃，電芯1C放電工況時，對電芯冷卻過程的仿真結(jié)果如下圖所示?？梢钥闯?，電池模組上表面的最高溫度為30.1℃，最低溫度為28.7℃，電芯之間的最大溫差為1.4℃，電芯的溫降速率為0.21℃/min。
當環(huán)境溫度為-5℃時，對電芯加熱過程的仿真結(jié)果如下圖所示。可以看出，電池模組上表面的最高溫度為23.6℃，最低溫度為21.3℃，電芯之間的最大溫差為2.3℃，電芯的溫升速率為0.36℃/min。
對液冷系統(tǒng)進行流場仿真，得到液冷板流道內(nèi)流體的流速云圖如下圖所示?？梢钥闯?，液冷板各流道內(nèi)流體流速均在0.5~0.6m/s，這說明各流道的流量分配均勻，從而使得模組均溫性良好。
五、水泵與水箱選型
通過流場仿真可以得出整個液冷系統(tǒng)的總流阻為32.822KPa，將流阻換算成揚程為3.28m，總流量為15L/min，因此通過揚程與流量并對比水泵的“壓力-流量曲線”即可選出合適的水泵。通過計算得到整個液冷系統(tǒng)的容積為5.18L，而在進行水箱選型時需要留有20%左右的余量，因此水箱的容積定為6L。
六、結(jié)論
對此案例進行總結(jié)得出以下幾點結(jié)論：
1.此液冷系統(tǒng)采用3并2串布置方案；
2.系統(tǒng)總流阻為32.8KPa，水泵選擇為電子水泵P6207（流量為15L/min時揚程為4.8m），水箱容積為6L；
3.系統(tǒng)采用50%去離子水加50%乙二醇為介質(zhì)，流量為15L/min，進口溫度為20℃，工況為40℃的環(huán)境溫度與1C放電條件下，其冷卻速率為0.21℃/min,電芯溫度降至30℃左右，說明其冷卻性能良好，各流道流速均控制在0.5~0.6m/s，說明其均溫性良好；
4.系統(tǒng)采用50%去離子水加50%乙二醇為介質(zhì)，流量為15L/min，進口溫度為30℃，工況為-5℃的環(huán)境溫度下，其加熱速率為0.36℃/min，電芯溫度升至22℃左右，說明其加熱性能良好。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標準
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機動車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
