混合動力車型動力電池一種先進的熱管理設計理念

李明敏　程樹　黃炯

摘 要：隨著國家排放節能減排要求愈發嚴格，汽車發展日趨電動化，越來越多的傳統汽車廠家都選擇在當前傳統車平臺上開發混合動力汽車作為純電動汽車的過渡車型。混合動力汽車的電池為動力電池，由于電池容量小放電倍率高，如不進行主動冷卻導致電池的溫度急劇攀升。本文主要介紹一種比較先進的電池包雙冷卻液冷系統設計理念，通過對比當前市場常見風冷系統，從能耗、工況等角度通過對比手法來闡述該設計理念的優越性和先進性。

關鍵詞：混動 動力電池 雙冷卻系統 能耗 冷卻效率

An Advanced Thermal Management Design Concept for the Power Battery of Hybrid Vehicles

Li Mingmin，Cheng Shu，Huang Jiong

Abstract：With the increasingly stringent requirements of national emission energy conservation and emission reduction， the development of vehicles is becoming more and more electric. More and more traditional automobile manufacturers choose to develop hybrid electric vehicles on the current traditional vehicle platform as the transition model of pure electric vehicles. The battery of hybrid electric vehicle is power battery. Due to its small capacity and high discharge rate， the temperature of the battery will rise sharply without active cooling. This article mainly introduces a more advanced design concept of battery cooling system. By comparing the common cooling systems in the market， the advantages of the design concept are expounded through comparison of energy consumption and working conditions.

Key words：hybrid， power battery， dual cooling system， energy consumption， cooling efficiency

隨著國家排放節能減排要求愈發嚴格，汽車發展日趨電動化當前，許多國家政府、世界知名的汽車企業和科研機構紛紛研制開發低能耗、低排放，且能滿足現代使用性能要求的新型汽車。[1]混合動力汽車作為純電動汽車的過渡車型，這里主要把其分為油電混合動力、插電式混合動力和增程式電動。

混合動力汽車和傳統車的主要區別是增加了電池包和電機，通過把部分燃料能轉化成電能再轉化成機械能來達到最優的燃油消耗比。電池包作為混動汽車的一部分動力源，是整車的核心部件，溫度直接影響電池性能的表現，需要對動力電池的工作溫度嚴格控制。[2]該電池包由于容量小，在相同工況下其充放電倍率明顯高于純電動車型等能量型電池，如不進行主動冷卻導致電池的溫度急劇攀升，所以混動車型中動力電池的熱管理設計顯的尤為重要。

混合動力汽車的動力電池一般有兩種冷卻方式：空氣直冷和液冷。目前市場大部分非插電式混合動力汽車都采用乘員艙空氣直冷的方式來對電池包進行冷熱管理。這種冷卻方式的優點為：能耗少，成本低，零件布置簡單。缺點也顯而易見：空冷系統的冷卻來自乘員艙，電池包的冷卻效果主要取決于乘員艙的空氣溫度。隨著混動車型對電池冷卻效率越來越高的要求，當前主機廠正在開發的混動車型有相當一部分采用了液冷方式。同時有部分主機家由于對混動力汽車銷量的不確定性，需要盡可能在傳統車型上進行升級改造開發，考慮到盡可能的借用，減少開發成本，也會采用液冷技術支持研究開發。

本文主要介紹一種先進的混合動力汽車電池包熱管理設計開發思路：電池包雙冷卻液冷系統，一方便有著可以和空氣冷卻能耗少的優點，另一方面在電池包冷卻效率方面有著比空氣冷卻更好的冷卻效果。

所謂的雙冷卻系統主要為對電池包的冷卻設計兩種冷卻方式：中低溫下的低溫散熱器冷卻和高溫下的冷媒板換換熱冷卻。這種雙冷卻模式可以隨著外部環境和整車負荷的變化，隨時切換為節能的低溫散熱器冷卻模式和保證高冷卻效率的冷媒板換換熱冷卻。 其主要水路圖設計思路如圖1：

其主要冷卻思路如圖2：

當環境溫度不高時，兩位三通電磁閥5通向低溫散熱器8側，關閉冷媒板換6側，通過外部空氣和冷卻液換熱來降低電池包的溫度。這時熱管理的能耗只有一個電子水泵2和電子風扇10。

當環境溫度較高/整車負荷較高時，電磁閥打向冷媒板換換熱6側，關閉低溫散熱器8，冷卻液通過和冷媒進行換熱來對電池包進行制冷冷卻，這時主要能耗元件為壓縮機7，電子水泵4，電子風，10。

其冷卻原理如下：

環境溫度不高時，電池包需要冷卻時，直接啟動鼓風機2，用乘員艙的空氣來冷卻電池包。

當環境溫度較高/整車負荷較高時，需要啟動壓縮機把乘員艙的空氣冷卻下來再進行電池包冷卻。電這時主要能耗元件為壓縮機4，鼓風機2，電子風5。

對比兩種電池包制冷系統，其能耗和制冷效果如表1：

由下表明顯可見，在能耗方面，雙冷卻系統在有著和空氣制冷系統相當的能耗。在熱管理效果方面，雙冷卻系統有著空氣制冷無法比擬的電池包冷卻效率，而且有著更加廣泛的乘客常用場景，對車輛有一定駕駛需求的顧客無疑是一種更好的選擇。

結語

本文主要對混合動力汽車的動力電池的熱管理方式提供了一種更先進的熱管理設計模式，對汽車廠家來說，可以在當前傳統車平臺實現較高的通用化，電池包熱管理可以達到和空氣冷卻相當的節能效果，同時可以實現空氣直冷達不到的冷卻效率，對汽車消費者來說，可以根據自身對車輛用途和可駕駛性的追求，來選擇不同的電池包熱管理方式的車輛。

參考文獻：

[1]王軍.國內外混合動力汽車開發動態及發展趨勢[J].公共交通科技，2000.01.

[2]李存俊.鋰離子動力電池組液冷結構設計及散熱性能分析[D].合肥工業大學，2016：1-7.