廣東省瑞德智能裝備制造有限公司
服務(wù)于自動化系統(tǒng)配套與解決方案
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電池水冷板的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
推動水冷板不斷迭代發(fā)展的一個(gè)重要因素就是提高導(dǎo)熱效率。
提高熱傳導(dǎo)效率通常有以下幾種方案：
(1)增加冷板和電池單元之間的接觸面積；
(2)提高冷板和電池單元之間的界面的導(dǎo)熱性；
(3)提高冷板本身(材料)的導(dǎo)熱性；
(4)調(diào)整流道的設(shè)計(jì)，提高流體本身的換熱效果；
(5)不同水冷板廠家的布局圖。
目前工業(yè)上主要使用鋁合金作為水冷板的材料。銅的導(dǎo)熱效果更好，但是成本要貴很多，所以不是主流方向，在非電池組領(lǐng)域有應(yīng)用。為了提高導(dǎo)熱界面的導(dǎo)熱效率，主要在導(dǎo)熱界面材料TIM上進(jìn)行努力。從之前的空氣介質(zhì)，到后來的導(dǎo)熱墊，再到現(xiàn)在的導(dǎo)熱膏，TIM的導(dǎo)熱效果在不斷提升。
以上兩點(diǎn)確定后，冷板設(shè)計(jì)的重心基本集中在增加冷板與電芯的接觸面積，調(diào)整流道設(shè)計(jì)，提高流體本身的效果。我們可以從法雷奧對不同充電功率所要求的冷卻效果(綜合傳熱系數(shù))的劃分來對比這種變化。
圖2、圖3、圖4是目前電池系統(tǒng)使用最廣泛的冷板方案，其中：
2號圖展示了經(jīng)典的口琴管設(shè)計(jì)。之前口琴管應(yīng)用的案例太多了。特斯拉的第三代產(chǎn)品是口琴管，寶馬i3，寶馬X1 PHEV，奧迪e-tron，Taycan等。但是口琴管的方案在功率領(lǐng)域很少使用。
3號顯示沖壓水冷板加工。代表性應(yīng)用產(chǎn)品有捷豹-Pace、Bolt EV、大眾MEB、寧德Model 3等，均采用此方案。相比口琴管的設(shè)計(jì)，打孔通道冷板增加了冷板與電芯的接觸面積，可以提供更好的散熱效果。
圖4顯示了凸包冷板。與前兩種方案相比，凸包冷板設(shè)計(jì)用于冷卻，改變了流體的流動特性?？谇俟芎蜎_壓通道都是層流，凸包冷板的液體流動是湍流(紊流)。在層流狀態(tài)下，由于各層中的流體不相互混合，傳熱方式主要是傳導(dǎo)。湍流是層流點(diǎn)之間的劇烈混合，大大強(qiáng)化了傳熱。因此，湍流中的放熱系數(shù)。同時(shí)，凸包冷板與電芯的接觸面積也增加了。
凸包冷板的代表產(chǎn)品有寶馬iX3、福特野馬Mach-e、比亞迪EV等。
沖壓流道和凸包，大平板冷板設(shè)計(jì)，迎合了目前快充、大模組、CTP的設(shè)計(jì)思路，是目前主要的應(yīng)用趨勢。另外，根據(jù)模塊、接口材料TIM、箱體、電芯的存在，這四個(gè)可以按照冷板的位置來劃分，冷板的布局方案至少有六種，其中箱體一體式水冷板是目前比較流行的設(shè)計(jì)思路。內(nèi)鰭片的設(shè)計(jì)思路在電力電子和電氣領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在電池系統(tǒng)領(lǐng)域還沒有量產(chǎn)案例，但國內(nèi)有部分企業(yè)在做。
這塊材料，除了金屬，一些材料企業(yè)都在嘗試塑料冷板的方案。這是一個(gè)非常令人驚訝的方向，期待量產(chǎn)方案。
超級充電對電池散熱提出了更高的要求。好的散熱方案往往是匹配這五點(diǎn)的系統(tǒng)性工作，是考驗(yàn)各個(gè)企業(yè)綜合設(shè)計(jì)能力的時(shí)候了。
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