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電池系統(tǒng)水冷板的技術現(xiàn)狀與趨勢

2021-12-02 15:28:20·  來源：知化汽車  
　
推動水冷板不斷迭代和發(fā)展的一個重要因素是：提高導熱效率。提高導熱效率通常有以下幾種方案：（1）提高冷板與電芯的接觸面積；（2）提高冷板與電芯之間界面的導
推動水冷板不斷迭代和發(fā)展的一個重要因素是：提高導熱效率。
提高導熱效率通常有以下幾種方案：
（1）提高冷板與電芯的接觸面積；
（2）提高冷板與電芯之間界面的導熱率；
（3）提高冷板自身（材料）的導熱性能；
（4）調(diào)整流道設計，提高流體自身的換熱效果；
（5）不同冷板布置方案。
冷板材料上，目前業(yè)內(nèi)主要采用的是鋁合金，銅的導熱效果更好，但成本要貴得多，所以不是主流方向，在非電池包領域有應用；對于提高導熱界面的導熱效率，主要是在導熱界面材料TIM上做功夫，由之前的空氣介質(zhì)，到后來的導熱墊，再到目前的導熱膠，TIM的導熱效果在不斷提高。
在上述兩點確認后，冷板設計的重心基本就集中到了提高冷板與電芯的接觸面積、調(diào)整流道設計，提高流體自身的效果上來。這種變化我們可以從法雷奧對于不同充電功率所需冷卻效果（綜合換熱系數(shù)）的劃分上對比來看。



圖中的2、3、4是目前電池系統(tǒng)應用最為多的冷板方案，其中：
2號圖示為經(jīng)典的口琴管設計，口琴管的應用在之前就太多的案例了，特斯拉3代產(chǎn)品都是口琴管、BMW i3、BMW X1 PHEV、Audi e-tron、Taycan等；不過，口琴管的方案在動力領域現(xiàn)在應用的比較少了；
3號圖示為沖壓流道冷板，這個代表的應用產(chǎn)品有JaguarI-Pace、Bolt EV、大眾MEB、寧德版的Model 3，均采用了這種方案；沖壓流道式冷板相對于口琴管設計，它增大了冷板與電芯的接觸面積，可以提供更好的冷卻效果；



4號圖示為凸包式冷板，相對于前面兩種方案，它由于在冷卻上設計有凸起，從而改變了流體的流動特性，口琴管和沖壓流道均為層流，凸包式冷板的液體流動為紊流（湍流），層流流動時，由于各層之間流體互不混雜、因而換熱方式主要是傳導，紊流是各層流體質(zhì)點間劇烈混合，使換熱大大增強，所以，紊流時放熱系數(shù)比層流高，即紊流的傳熱效果好。與此同時，凸包式冷板與電芯之間的接觸面積也增大了。
凸包式冷板的代表產(chǎn)品包括BMW iX3、Ford Mustang Mach-e、BYD 漢EV等。
沖壓流道和凸包這種大平板式的冷板設計迎合了當前快充和大模組、CTP的設計思路，是當前的主要應用趨勢。另外，根據(jù)是否存在模組、界面材料TIM、箱體和電芯，這4者與冷板的位置來劃分，冷板至少有6種的布置方案，其中箱體集成水冷板是目前一種比較受歡迎的設計思路。
Inner fins的設計思路在功率電子電氣方面應用得較多，在電池系統(tǒng)領域還沒有看到應用的量產(chǎn)案例，但國內(nèi)有企業(yè)在做這塊。
材料這塊，除了金屬，有些材料企業(yè)在嘗試塑料冷板的方案，這是個很有驚喜的方向，期待有量產(chǎn)的方案出來。
超級快充對于電池的冷卻提出了更高的要求，好的冷卻方案往往是這5點匹配下來的一個系統(tǒng)性工作，是考驗每家企業(yè)綜合設計能力的時候。 
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