新能源汽車：動力電池冷卻系統原理

新能源汽車動力電池作為汽車的動力源，其充電、放電的發熱會一直存在。動力電池的性能和電池溫度密切相關。

為了盡可能延長動力電池的使用壽命并獲得最大功率，需在規定溫度范圍內使用蓄電池。原則上在-40℃至+55℃范圍內（實際電池溫度）動力電池單元處于可運行狀態。因此目前新能源的動力電池單元都裝有冷卻裝置。

動力電池冷卻系統有空調循環冷卻式、水冷式和風冷式。

1.空調循環冷卻式

在高端電動汽車中動力電池內部有與空調系統連通的制冷劑循環回路。BMWX1xDrive25Le（F49PHEV）插電式混動車型動力電池冷卻系統如下圖所示。

動力電池單元直接通過冷卻液進行冷卻，冷卻液循環回路與制冷劑循環回路通過冷卻液制冷劑熱交換器（即冷卻單元）連接。因此，空調系統制冷劑循環回路由兩個并聯支路構成。一個用于冷卻車內空間，一個用于冷卻動力電池單元。兩個支路各有一個膨脹和截止組合閥，兩個相互獨立的冷卻系統圖示如下圖所示。

冷卻工作原理：

電動冷卻液泵通過冷卻液循環回路輸送冷卻液。只要冷卻液的溫度低于電池模塊，僅利用冷卻液的循環流動便可冷卻電池模塊。冷卻液溫度上升，不足以使電池模塊的溫度保持在預期范圍內。

因此必須要降低冷卻液的溫度，需借助冷卻液制冷劑熱交換器（即冷卻單元）。這是介于動力電池冷卻液循環回路與空調系統制冷劑循環回路之間的接口。

如冷卻單元上的膨脹和截止組合閥使用電氣方式啟用并打開，液態制冷劑將流入冷卻單元并蒸發。這樣可吸收環境空氣熱量，因此也是一種流經冷卻液循環回路的冷卻液。電動空調壓縮機（EKK）再次壓縮制冷劑并輸送至電容器，制冷劑在此重新變為液體狀態。因此制冷劑可再次吸收熱量。

為了確保冷卻液通道排出電池模塊熱量，必須以均勻分布的作用力將冷卻通道整個平面壓到電池模塊上。通過嵌入冷卻液通道的彈簧條產生該壓緊力。針對電池模塊幾何形狀和下半部分殼體對彈簧條進行了相應調節。

熱交換器的彈簧條支撐在高電壓蓄電池單元的殼體下部件上，從而將冷卻液通道壓到電池模塊上。

動力電池單元冷卻液循環回路內的電動冷卻液泵額定功率為50W。電動冷卻液泵利用冷卻單元上的支架固定，其安裝于動力電池的右后角。

冷卻液膨脹箱和冷卻液管路如下圖所示。

2.水冷式

水冷式動力電池冷卻系統是使用特殊的冷卻液在動力電池內部的冷卻液管路中流動，將動力電池產生的熱量傳遞給冷卻液，從而降低動力電池的溫度。下面以榮威E50電動汽車為例介紹動力水冷式冷卻系統。

榮威E50冷卻系統分為2個獨立的系統，分別是逆變器（PEB）/驅動電動機冷卻系統、高壓電池包冷卻系統（ESS）。

榮威E50動力電池冷卻系統結構如下圖所示，主要有膨脹水箱、軟管、冷卻水泵、電池冷卻器等組成。

冷卻系統利用熱傳導的原理，通過冷卻液在各個獨立的冷卻系統回路中循環，使驅動電動機、逆變器（PEB）和動力電池包保持在最佳的工作溫度。冷卻液是50%的水和50%的有機酸技術（OAT）的混合物。冷卻液要定期更換才能保持其最佳效率和耐腐蝕性。

01.膨脹水箱

膨脹水箱裝有泄壓閥，安裝在逆變器（PEB）托盤上，溢流管連接到電池冷卻器的出液管上，出液管連接在冷卻水管三通上。膨脹水箱外部帶有“MAX”和“MIN”刻度標示，便于觀察冷卻液液位。

02.軟管

橡膠冷卻液軟管在各組件間傳送冷卻液，彈簧卡箍將軟管固定到各組件上。動力電池冷卻系統（ESS）軟管布置在前艙內和后地板總成下。

03.冷卻水泵

動力電池冷卻系統冷卻液泵通過安裝支架，并由2個螺栓固定在車身底盤上，經由其運轉來循環高壓電池包冷卻系統。

04.電池冷卻器

電池冷卻器（Chiller）是動力電池冷卻系統的一個關鍵部件，它負責將動力電池維持在一個適當的工作溫度，使動力電池的放電性能處于最佳狀態。電池冷卻器（Chiller）主要由熱交換器，帶電磁閥的膨脹閥（TXV），管路接口和支架組成。熱交換器主要用于動力電池冷卻液和制冷系統的制冷劑的熱交換，將動力電池冷卻液中的熱量轉移到制冷劑中。

動力電池冷卻系統冷卻液循環如下圖所示。

系統控制圖如下圖所示。

如上兩幅圖所示，BMS負責控制電動水泵，電動水泵會在高壓電池包溫度上升到32.5℃時開啟，在溫度低于27.5℃時關閉，BMS發出要求電池冷卻器膨脹閥關閉和水泵運轉的信號。

ETC收到來自BMS的膨脹閥電磁閥開啟的信號要求，ETC首先打開電池冷卻器（Chiller）膨脹閥的電磁閥，并給EAC發啟動信號。高壓電池組最適宜溫度值為20℃~30℃。

正常工作時，當高壓電池組的冷卻液溫度在30℃以上時，ETC會限制乘客艙制冷量，冷卻液溫度在48℃以上，ETC會關閉乘客艙制冷功能，但除霜模式除外。

ETC只控制冷卻液溫度。BMS控制冷卻液與BMS高壓電池包內部的熱量交換。

當車輛進入快速充電模式時，ETC會被網關模塊喚醒，此時高壓電池包冷卻系統進入正常工作狀態。

3.風冷式

風冷式動力電池冷卻系統是利用散熱風扇將來自車廂內部的空氣吸入動力電池箱，以冷卻動力電池以及動力電池的控制單元等部件。

豐田普銳斯、凱美瑞（混動版）、卡羅拉雙擎、雷凌雙擎采用風冷式動力電池冷卻系統。部件組成和原理圖如下圖所示。

車廂內部的空氣通過位于后窗臺裝飾板上的進氣管流入，向下流經動力電池或DC-DC轉換器（混合動力車輛轉換器），以降低動力電池和DC-DC轉換器（混合動力車輛轉換器）的溫度?？諝馔ㄟ^排氣管從車內排出。

廣汽傳祺AG電動汽車同樣采用風冷式動力電池冷卻系統，其動力電池散熱系統裝配圖如下圖所示。

車廂內部的空氣通過位于后窗臺裝飾板上的進氣管流入，向下流經動力電池，以降低動力電池溫度，然后經過BMS、總正負繼電器等電器元件，降低自身溫度后，通過排氣管將空氣排除車內。

散熱風扇為直流低電壓風扇，配備獨立的DC-DC轉換器；當散熱風扇工作時，電流從動力電池流出經過DC-DC轉換器將350V直流高電壓轉換成12V～16V的直流低電壓，提供給散熱風扇。

動力電池A和動力電池B的冷卻示意圖如下圖所示。

動力電池A、B冷卻路徑：車廂內部的空氣通過位于后窗臺裝飾板上的進氣管流入，向下流經動力電池，以降低動力電池的溫度，然后經過BMS、總正負繼電器等，降低電器元件的溫度后，空氣被冷卻風扇抽出通過排氣管從車內排出。

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